植物の季節応答を担う遺伝子の種を超えた共通性と多様性を解明~冬に共通する遺伝子の働きを発見、植物の季節応答を制御する仕組みの進化の理解に期待~

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2025-11-25 九州大学

九州大学と東京大学による研究グループは、九州北部に生育するブナ科4種を対象に、2年間の「分子フェノロジー」解析を行い、植物の季節応答遺伝子が種を超えてどこまで共通し、どこから多様化するのかを初めて体系的に明らかにした。約1.2万のオルソログを比較した結果、半数近くが一年周期の季節的発現変動を示した。その中でも、冬(12〜2月)に働く遺伝子は低温・ストレス応答に関わり、発現時期が種間でよく保存されていた。一方、春〜秋に発現する成長・開花関連遺伝子は種ごとに発現タイミングが異なり、多様化しやすいことが判明した。本成果は、植物が冬季環境へ適応してきた進化プロセスの理解を進めるとともに、将来の気候変動による季節応答の変化を遺伝子レベルで予測する基盤となる。

植物の季節応答を担う遺伝子の種を超えた共通性と多様性を解明~冬に共通する遺伝子の働きを発見、植物の季節応答を制御する仕組みの進化の理解に期待~
図 ブナ科樹木4種の比較分子フェノロジー(a:対象としたブナ科4種の系統関係。伊都キャンパスを含む九州北部に生育する個体をモニタリングに用いた。 b:分子フェノロジーの比較から明らかにされた季節によって異なる遺伝子発現パターンの多様性。冬季に有意な低下が見られ、冬に発現する遺伝子は多様化しづらいことを示唆する。)

<関連情報>

季節環境における遺伝子発現の進化 Evolution of gene expression in seasonal environments

Shuichi N Kudo,Yuka Ikezaki,Junko Kusumi,Hideki Hirakawa,Sachiko Isobe,Akiko Satake
eLife  Published:Nov 25, 2025
DOI:https://doi.org/10.7554/eLife.107309.3

Abstract

The biological activities of organisms are closely linked to seasonality. Phenology, the temporal orchestration of biological activities, is governed by gene expression, yet the evolutionary dynamics underlying seasonal gene expression remain unclear. To investigate these dynamics, we compared genome-wide expression dynamics (molecular phenology) in four dominant evergreen Fagaceae species in Asia (Quercus glauca, Q. acuta, Lithocarpus edulis, and L. glaber), using leaf and bud tissues over two seasonal cycles. We assembled high-quality reference genomes, identifying 11749 single-copy orthologous genes. Seasonal transcriptomic profiling of these orthologous genes revealed highly conserved gene expression across species in winter when temperatures fall below ~10 °C. Rhythmic gene expression with significant periodic oscillations was more prevalent in buds (51.9%) than in leaves (40.6%), with most rhythmic genes (78.4–92.0%) exhibiting annual periodicity, while a smaller fraction (1.2–11.9%) followed half-annual cycles. The seasonal peaks of rhythmic genes were highly synchronized across species in winter but diverged during the growing season, reflecting species-specific timing of leaf flushing and flowering. These findings suggest that the four species share a common molecular calendar in winter, which constrains the evolution of gene expression under seasonal environments.

細胞遺伝子工学
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