MADS-box遺伝子の進化に関する重要な知見を発見(Researchers Uncover Key Insights into MADS-box Gene Evolution in Green Plants)

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2025-09-04 中国科学院(CAS)

中国科学院武漢植物園の研究チームは、551種の真核生物のゲノム・トランスクリプトーム解析と配列・タンパク質構造の比較を行い、緑色植物におけるMADS-box遺伝子の進化史を再構築した。解析では445種から計4,899の遺伝子配列を同定し、構造的特徴に基づきタイプIとIIに分類。植物のタイプI遺伝子は多系統起源で、緑藻由来および一部の陸上植物Mα遺伝子(Mα-1)は動物のSRF型と相同、他のMα-2やMβ・Mγ、タイプIIはMEF2型と相同であることが判明した。現存ストレプト植物の幹系統で2度の重複が起こり、MIKC遺伝子がMIKCCとMIKC*に分岐。特にシャロフ藻類のMIKCは陸上植物のMIKCCと近縁で再分類が必要とされた。構造解析では、祖先的MIKCCは球状で長いコイルを持ち四量体形成が制限されていたが、陸上植物ではC末端の短縮により領域が露出し、四量体形成が可能となった。またK3サブドメインの疎水性残基増加(特にシダ類)などが多様化に寄与。さらに系統解析から、シダと種子植物の共通祖先に4大クレードのMIKCCが既に存在し、その後の機能的多様性の基盤となったことが示された。

MADS-box遺伝子の進化に関する重要な知見を発見(Researchers Uncover Key Insights into MADS-box Gene Evolution in Green Plants)The presence and phylogenetic relationships of MADS-box genes in eukaryotes. (Image by WBG)

<関連情報>

緑色植物におけるMADS-box転写因子の起源、進化、および多様化 The origin, evolution, and diversification of MADS-box transcription factors in green plants

Jia-Peng Han ∙ Jun-Nan Wan ∙ Zhi-Lin Guan ∙ Han Xu ∙ Qing-Feng Wang ∙ Tao Wan
Plant Communications  Published:July 19, 2025
DOI:https://doi.org/10.1016/j.xplc.2025.101462

Abstract

MADS-box genes are among the most important regulatory elements in eukaryotes and have undergone substantial diversification during the evolution of green plants (Viridiplantae). Although the evolution and function of MADS-box genes have been studied extensively, our understanding of their origin and diversification in Viridiplantae remains incomplete. Here, we performed systematic analyses of genomic data from 551 representative eukaryotes, focusing on both sequences and protein structures, to clarify the evolutionary history of MADS-box genes across green-plant lineages. Our analyses suggested that plant type I genes have a polyphyletic origin and that the two subfamilies of plant type II genes (i.e., MIKCC and MIKC genes) arose from an ancient gene duplication in the stem group of streptophytes rather than in land plants. The sphere-like structure of MIKCC proteins revealed in chlorophytes and charophytes is likely an ancestral feature associated with physical constraints to tetramerization. The architectures of MIKCC proteins have evolved greatly in land plants and involve significantly shortened C-termini in which key domains are fully exposed, a structural necessity for tetramer formation. We also documented the diversification of MIKCC genes in ferns, which may have served as the raw genetic basis for their dramatic functional diversification in seed plants.

細胞遺伝子工学
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