父性ミトコンドリアが植物の生殖能力を回復させる仕組みを解明(Paternal Mitochondria Rescuing Plant Fertility)

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2026-03-03 マックス・プランク研究所

マックス・プランク研究所の研究チームは、植物の受精過程において通常は分解される父親由来のミトコンドリアが、特定条件下で雌性不稔を回復させる役割を持つことを明らかにした。一般に植物ではミトコンドリアDNAは母系遺伝するため、花粉由来のミトコンドリアは受精後に除去される。しかし本研究では、特定の遺伝的条件下で父系ミトコンドリアが胚に残り、母系ミトコンドリアの機能異常を補うことで植物の生殖能力を回復させる現象が確認された。この発見は、ミトコンドリア遺伝の仕組みや植物の繁殖制御に新たな理解を与えるものであり、作物育種やハイブリッド種子生産における雄性・雌性不稔の制御技術の開発にも応用できる可能性がある。

父性ミトコンドリアが植物の生殖能力を回復させる仕組みを解明(Paternal Mitochondria Rescuing Plant Fertility)
Flowers of tobacco plants. A tobacco plant that harbors defective mitochondria has wrinkled and male-sterile flowers (left). These defects can be rescued in the offspring by inheritance of healthy paternal mitochondria, resulting in restoration of flower beauty and fertility (right).© MPI-MP/sevens+maltry

<関連情報>

低温ストレスとゲノム分解ヌクレアーゼの喪失による植物ミトコンドリアの高頻度二親遺伝 High-frequency biparental inheritance of plant mitochondria upon chilling stress and loss of a genome-degrading nuclease

Enrique Gonzalez-Duran,Zizhen Liang,Joachim Forner,Dennis Kleinschmidt,Weiqi Wang,Liwen Jiang,Kin Pan Chung & Ralph Bock
Nature Plants  Published:03 March 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41477-026-02242-7

Abstract

Mitochondria are inherited maternally in the vast majority of eukaryotes. Occasional transmission of paternal mitochondria (paternal leakage) can lead to heterochondriomy and recombination between maternal and paternal mitochondrial genomes. Despite its potential physiological and evolutionary consequences, the extent of paternal leakage and the cellular processes governing mitochondrial inheritance remain largely unknown. Here we have established a robust genetic screen to detect paternal mitochondrial inheritance in tobacco (Nicotiana tabacum). Our data reveal an unexpectedly high paternal transmission frequency of 0.18%, which increased markedly to 7.34% when the organellar exonuclease DPD1 was disrupted and pollen development occurred at low temperature. Notably, paternally transmitted mitochondria restored growth, development and male fertility in progeny that inherited dysfunctional mitochondria from the maternal parent. Together, our findings uncover molecular mechanisms underlying maternal mitochondrial inheritance, and highlight the potential of biparental transmission to rescue mitochondrial function and generate novel mitochondrial genotypes through recombination.

細胞遺伝子工学
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