雌雄異株から雌雄同株への進化に伴う性染色体の運命とは ~コケ植物の有性生殖システム転換における染色体再編成の解明~

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2025-04-07 京都大学,広島大学,基礎生物学研究所,近畿大学,科学技術振興機構

京都大学、広島大学、基礎生物学研究所、近畿大学の研究チームは、コケ植物の性決定に関する進化的変遷を解明しました。コケ植物は半数体世代で性が決定され、雌雄異株から雌雄同株への進化過程で性染色体がどのように変化するかは未解明でした。今回、雌雄同株のアカゼニゴケのゲノム解析により、祖先が持っていたオスの性染色体由来の染色体を保持しつつ、必須遺伝子を他の染色体へ移動させた後、メスの性染色体が消失していることが明らかになりました。さらに、他の雌雄同株のタイ類との比較から、これらの進化は偶然ではなく、共通の進化的道筋であることが示唆されました。この研究成果は国際誌「Cell Reports」に掲載されました。

<関連情報>

ゼニゴケ類における共性の収斂進化に関するMarchantia quadrataゲノムからの洞察 Insights into convergent evolution of cosexuality in liverworts from the Marchantia quadrata genome

Giacomo Potente ∙ Yukiko Yasui, yasui ∙ Eita Shimokawa∙ … ∙ Masaki Shimamura ∙ Takayuki Kohchi ∙ Péter Szövényi
Cell Reports  Published:April 2, 2025
DOI:https://doi.org/10.1016/j.celrep.2025.115503

Graphical abstract

雌雄異株から雌雄同株への進化に伴う性染色体の運命とは ~コケ植物の有性生殖システム転換における染色体再編成の解明~

Highlights

  • Liverworts evolving cosexuality retain the male (V) but lose the female (U) sex chromosome
  • Essential genes of the U chromosome are maintained on the autosomes
  • The feminizer gene acquires new regulation to enable both male and female functions
  • Evolution of cosexuality followed a similar pattern twice independently in liverworts

Summary

Sex chromosomes are expected to coevolve with their respective sex, potentially disfavoring their co-occurrence as cosexuality evolves. This effect is expected to be stronger where sex chromosomes are restricted to one sex, such as in plants expressing sex in their haploid stage. We assess this hypothesis in liverworts with U/V sex chromosomes, ancestral dioicy, and several independent transitions to monoicy (cosexuality). We report the chromosome-level genome assembly of Marchantia quadrata, which recently evolved monoicy, and perform comparative genomic analyses with its dioicous relative M. polymorpha. We find that monoicy evolved via retention of the V chromosome as a small ninth chromosome, complete loss of the U chromosome, and translocation of key U-linked genes to autosomes, among which the major sex-determining gene (Feminizer) acquired environmental/developmental regulation. Our findings parallel recent observations on Ricciocarpos natans, which evolved monoicy independently, suggesting genetic constraints that may make transitions to monoicy predictable in liverworts.

生物工学一般
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