肉を食べる植物: 肉食動物はどのようにしてその奇妙な昆虫捕獲能力を発達させたのでしょうか?ハエトリソウ、モウセンゴケ、滝のゲノムから驚くべき情報が得られました。したがって、遺伝的適応の興味深いプロセスが、彼らの残忍な食生活の発展の基礎を形成しました。
多くの動物は植物を食べますが、約 600 種の植物が形勢を逆転させています。彼らは昆虫を狩るために高度な罠システムを使用しています。これにより、土壌に栄養分がほとんどない場所での生育に有利になります。ハエやアリなどを捕まえるために、これらのいわゆる肉食動物は、さまざまな戦略を開発しました。あるものは罠を設置し、あるものは獲物に張り付き、あるものは獲物に狙いを定めます。狩りが成功した後は、植物が栄養素を吸収できるように、消化液が犠牲者を分解します。
この残忍な植物は長い間研究の焦点となってきました。とりわけ、彼らの進化の歴史は疑問を引き起こします。彼らは平和な祖先からどのようにして生まれたのでしょうか、そして彼らの奇妙な能力はどのような遺伝的プログラムに基づいているのでしょうか？肉食性が植物の異なるグループで独立して数回進化したことはすでに明らかであるようです。ヴュルツブルク大学のライナー・ヘドリッヒ率いる国際研究チームは、モウセンゴケ科（モウセンゴケ科）の代表的な3種の遺伝子研究を実施した。研究の一環として、彼らはハエトリソウ (Dionaea muscipula)、ウォータートラップ (Aldrovanda vesiculosa)、モウセンゴケの種 Drosera spatulata のゲノムを配列決定し、分析しました。
3匹の緑の肉食動物が見える
このトリオの興味深い点は、次のとおりです。これらの植物は同じ植物科に属していますが、それぞれが異なる生息地を征服し、異なる捕獲メカニズムを開発しています。ディオネアは罠のように、昆虫が微細な感覚に触れた後、瞬時に昆虫を囲い込む罠を設置します。毛。一方、アルドロバンダは、小さな折りたたみ式トラップを使用してミジンコやボウフラを待ち伏せする水生植物です。一方、モウセンゴケは粘着力に依存しています。粘着性の触手で獲物を捕らえ、狩りが成功すると、触手が昆虫をどんどん取り囲み、最終的には分解してしまいます。
研究者らは3種の肉食動物のゲノム配列を決定した後、その配列を相互に比較し、また他の植物の既知のゲノムデータと比較した。これは、ハエトリグサ、モウセンゴケ、およびウォータートラップは、ライフスタイルや捕獲メカニズムが異なるにもかかわらず、肉食ライフスタイルの基礎を形成する共通の遺伝子の「基本セット」を持っていることを示しました。 「これらの遺伝子の機能は、獲物を感知し、消化し、その栄養素を利用する能力に関連しています」とヘドリッヒ氏は要約する。
肉食の能力は、特に広範な遺伝子構造に基づいていると考える人もいるかもしれません。しかし、どうやら事実はその逆のようです。驚いたことに、研究者らは調べた3種が既知の植物の中で最も貧弱なものであることを発見しました。ドロセラには 18,111 個、ディオネアには 21,135 個、アルドロヴァンダには 25,123 個の遺伝子があります。一方、ほとんどの植物は 30,000 ～ 40,000 個の遺伝子を持っています。 「これは、動物性食品の専門化が利益をもたらしたが、同時に遺伝子の大量の損失を伴うことを意味しているにすぎない」と、共著者である岡崎日本大学の長谷部光治氏は言う。
捕獲器官の活性根遺伝子
これまでの分析結果が示すように、捕獲器官の作動に必要な遺伝子のほとんどは、わずかに改変された形で「通常の」植物にも見出されます。 「肉食動物では、いくつかの遺伝子がトラップシステムで活動しており、他の植物の根に影響を与えます。これらの遺伝子は、獲物が安全に捕獲された場合にのみ、捕獲器官でスイッチがオンになります」とヘドリッヒ氏は説明する。研究者らが説明しているように、この発見はハエトリグサとモウセンゴケは弱い根系しか発達しないという事実と一致している。ウォータートラップでは、それらは完全に欠けていることさえあります。
研究者らはまた、明らかに新しい能力の発達に有利な興味深い遺伝効果の証拠も発見した。約6000万年前、3つの植物の共通の祖先はゲノム全体が2倍になっていた。この重複により遺伝子のコピーがさらなる開発に利用できるようになった、と科学者らは説明する。 「我々は、共通の肉食遺伝子の起源をこの重複事象まで遡ることができました」と共著者であるヴュルツブルク大学のイェルク・シュルツ氏は言う。
研究者らは現在、3つの遺伝子設計図をさらなる調査の基礎として使用したいと考えている。とりわけ、それらは捕獲機構の分子基盤をより詳細に理解するのに役立つはずである。ある側面は特にエキサイティングに思えます。「ハエトリソウは獲物によって引き起こされる電気刺激をカウントし、この数値を一定期間記憶し、最終的にはその数値に対応する決定を下すことができることがわかりました」とヘドリッヒ氏は述べています。遺伝情報はまた、この驚くべき能力の根底にある生物物理学的・生化学的原理を解明する可能性がある、と科学者は言う。
出典: ヴュルツブルク大学、専門論文: Current Biology、doi: 10.1016/j.cub.2020.04.051
