ネナシカズラがセサミンを作る遺伝子を他の植物から獲得した仕組みの一端を解明

ad

2026-07-08 大阪公立大学

大阪公立大学、サントリーグローバルイノベーションセンター、基礎生物学研究所の共同研究グループは、寄生植物ネナシカズラがゴマの仲間から水平伝播によって獲得したセサミン合成遺伝子「CYP81Q」が、自身のゲノムに定着した仕組みの一端を解明した。解析の結果、ネナシカズラは他植物から取り込んだCYP81Qを維持しながら、トランスポゾン(動くDNA)やイントロンを段階的に挿入し、遺伝子構造を自らのゲノムに適応させていたことが判明した。一方で、こうした構造変化が生じてもセサミン合成酵素としての機能は保持され、ネナシカズラ属内へと広く受け継がれていた。本研究は、水平伝播した遺伝子が単に取り込まれるだけでなく、ゲノム再編を経て宿主生物の遺伝子として定着する進化過程を示したものである。植物間の遺伝子移動とその後の適応機構の理解を深める成果であり、生物多様性の形成や植物進化の仕組みの解明、さらには有用遺伝子の利用技術への応用にもつながることが期待される。研究成果は『Plant Physiology』に掲載された。

ネナシカズラがセサミンを作る遺伝子を他の植物から獲得した仕組みの一端を解明
図1 ゴマに寄生するアメリカネナシカズラ

<関連情報>

トランスポゾンにコロニー化されたイントロンの獲得は、シトクロムP450遺伝子の寄生を介した水平伝達に続く Transposon-colonized intron gain follows parasitism-mediated horizontal transfer of a cytochrome P450 gene

Eiichiro Ono,Kohki Shimizu,Jun Murata,Tenta Segawa,Akira Shiraishi,Ryusuke Yokoyama,Hiromi Toyonaga,Masaki Takagawa,Manabu Horikawa,Atsushi Hoshino,…
Plant Physiology  Published::30 June 2026
DOI:https://doi.org/10.1093/plphys/kiag335

Abstract

Specialized metabolites are often distributed sporadically across distantly related plant lineages, a pattern commonly attributed to convergent evolution, although the genomic processes enabling such innovation remain poorly understood. Here, we demonstrate that parasitic dodders (Cuscuta spp.) accumulate the lignan sesamin, a compound previously considered characteristic of sesame (Sesamum indicum) and related Lamiales species. We identified Cuscuta homologs of S. indicum CYP81Q1, which encodes piperitol/sesamin synthase (PSS), and demonstrated that these proteins retain catalytic PSS activity in vitro. Phylogenetic analyses indicate that CYP81Q was horizontally transferred from a Lamiales host to an ancestral Cuscuta lineage. Parasitism by C. campestris induces host CYP81Q expression and enhances interspecific transfer of genetic material across the haustorial interface, providing a mechanistic basis for horizontal gene transfer (HGT). Notably, comparative genomic analyses reveal that following horizontal acquisition, the transferred gene underwent extensive structural remodeling, characterized by sequential intron gains, while its enzymatic function was preserved. Many of the newly acquired introns exhibit hallmarks of insertion and excision of transposable elements, suggesting that mobile genetic elements contributed to post-transfer gene restructuring. The intron-rich architecture of Cuscuta CYP81Q was stably maintained throughout species diversification. Together, these findings suggest that parasitism-mediated HGT can be followed by intronization and transposon colonization, resulting in the generation of structurally complex yet functional genes. This process represents an underappreciated mechanism through which parasitic plants remodel horizontally acquired genes to facilitate metabolic innovation.

細胞遺伝子工学
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました