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生物の模様とゲノムの変化
 

ゲノムが変化することで現れるアサガオの模様

生物の模様は、ゲノム（遺伝情報の全体）の一部が変化することで生じることがある。このような変化は、生物に個性や多様性を与えている。その理解のために、アサガオの多様な模様を研究している。また、模様のもとになる花色の研究と、アサガオの研究に必要な研究環境の整備に加え、ナショナルバイオリソースプロジェクト・アサガオを分担する研究室として、アサガオリソースの収集・保存・提供も行っている。

花の模様とゲノムが変化する仕組み

ゲノムの変化は、動植物の着色を決めている遺伝子の発現を調節することで、模様の形成に関わることがある。トウモロコシの種やショウジョウバエの目に現れる斑入り模様の研究からは、ゲノムを変化させて遺伝子の働きを調節する「動く遺伝子」と「エピジェネティクス」の存在や役割が明らかにされてきた。一方、日本独自の園芸植物であるアサガオでは、エピジェネティクスなどによるゲノムの変化が模様として容易に観察できる。その多様な模様を調べることで、ゲノムの変化と遺伝子の働きが調節される、さまざまな仕組みの理解を進めている。

花の色ができる仕組み

多彩な花の色は色素の構造だけでなく、細胞内外のさまざまな要因で決まる。アサガオが本来の青色になるためには、青く発色する色素が合成されることに加えて、色素が蓄えられる液胞の中の水素イオン濃度が低くなることが重要な要因である。これらの要因が失われると、青色以外の花が咲く。アサガオの多彩な花色を利用することで、色素合成や液胞内pHが調節される仕組みを研究している。

アサガオを研究するための基盤整備

アサガオは実験植物として好都合な性質と、ほかの実験植物にはない性質を兼ね備えているため広く国内外で研究されている。その研究をさらに発展させるため、全ゲノム配列を解読したほか、研究ツールやデータベースなど、研究基盤の整備を行っている。

アサガオバイオリソースプロジェクト

基礎生物学研究所はナショナルバイオリソースプロジェクト・アサガオの分担機関であり、代表機関である九州大学と連携して、その遂行を担っている。当研究室では240の花色に係わる突然変異系統、17万5千のDNAクローンや花弁特異的発現ベクター等を保存し、国内外の研究者に提供している。
 

図1. 多彩なアサガオの花色
花色は色素の構造だけでなく、色素が蓄積する液胞内のpHに依存する。

共同利用研究の募集：アサガオのバイオリソースを活用した研究を積極的にサポートします。共同利用研究についてもご相談ください。

• Annual Report 2021（PDF）
• 要覧 2022年 (PDF)

Waki, T. et al. (2020). A conserved strategy of chalcone isomerase-like protein to rectify promiscuous chalcone synthase specificity. Nat. Commun. 11, 870.
 
Hoshino, A. et al. (2019). Generation of yellow flowers of the Japanese morning glory by engineering its flavonoid biosynthetic pathway toward aurones. Plant Cell Physiol. 60, 1871-1879.
 
Hoshino, A. et al. (2016). Genome sequence and analysis of the Japanese morning glory Ipomoea nil. Nat. Commun. 7, 13295.
 
Morita, Y. et al. (2014). A chalcone isomerase-like protein enhances flavonoid production and flower pigmentation. Plant J. 78, 294-304.
 
Faraco, M. et al. (2014). Hyperacidification of vacuoles by the combined action of two different P-ATPases in the tonoplast determines flower color. Cell Rep. 6, 32-43.