水生植物における異形葉形成を制御する共通遺伝子を特定(Scientists Identify Shared Genes Regulating Heterophylly in Aquatic Plants)

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2026-04-16 中国科学院(CAS)

Chinese Academy of Sciences水生生物研究所(IHB)のHOU Hongwei教授らは、水生植物に見られる「異形葉性(heterophylly)」を制御する共通遺伝子群を発見した。異形葉性とは、水位変化などの環境条件に応じて同一植物が異なる形状の葉を形成する現象で、陸上葉は単純形状かつ気孔密度が高い一方、水中葉は細長く深裂し、気孔密度が低い特徴を持つ。研究チームは8種の水生双子葉植物でRNAseq解析を行い、葉形形成に関与するKNOX1遺伝子が水中葉で共通して高発現することを確認した。さらに、各種由来KNOX1遺伝子をシロイヌナズナで過剰発現させると複雑な葉形が誘導され、葉形制御機能が保存されていることが示された。また、植物ホルモンのアブシジン酸処理により陸上型葉形が誘導されることや、水没条件で気孔形成関連遺伝子が抑制されることも判明した。加えて、葉形変化を定量化する共通指標として「DI(dissection index)」を提案し、水生植物の収斂進化理解に貢献する成果となった。

水生植物における異形葉形成を制御する共通遺伝子を特定(Scientists Identify Shared Genes Regulating Heterophylly in Aquatic Plants)
Conserved mechanisms of heterophylly regulation in aquatic plants (Image by IHB)

<関連情報>

トランスクリプトーム解析により、8種の真正両生類に共通する異形葉性調節機構が明らかになった Transcriptomic analyses reveal common heterophylly regulations in eight amphibious eudicots

Gaojie Li,Tomoaki Sakamoto,Seisuke Kimura,Hongwei Hou
Plant and Cell Physiology  Published:23 March 2026
DOI:https://doi.org/10.1093/pcp/pcag037

Abstract

Heterophylly, the ability of plants to produce various leaf forms in response to environments, is widely seen in nature. Aquatic plants emerged from various lineages of land plants, and amphibious species are those that can survive in both terrestrial and submerged conditions. In this study, we conducted phenotypical studies and transcriptomic analyses of eight amphibious eudicots. We quantified leaf shape changes under terrestrial and submerged conditions and found that dissection index is a proper indicator to quantify leaf complexity among heterophyllous species. We identified groups of differentially expressed genes related to heterophylly, mainly in terms of leaf shape, stomata development, and phytohormone biosynthesis. Different heterophyllous species have diverse regulations of leaf shape, and we verified the function of candidate class I KNOTTED1-LIKE HOMEOBOX genes using transgenic Arabidopsis lines. Stomatal densities are commonly decreased underwater, and genes related to their development are also downregulated. Abscisic acid may be a key factor regulating heterophylly, and CATALASE genes are upregulated under submergence. Our study has uncovered common and special characteristics among eight amphibious eudicots, providing resources to reveal mechanisms of heterophylly and convergent evolution.

細胞遺伝子工学
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