Evolutionary processes of land plants
The body forms of plants have diversified due to the evolution of some molecular machinery. It is well known that the leaf is transformed into floral organs. In contrast, plants have also evolved novel organs by repressing leaf function or growth (Cactus, heterotrophic plants, etc.). Recently, we discovered a responsible gene involved in leaf repression and demonstrated how evolution of this gene is associated with morphological diversification. Apart from this, many differences between plants, from algae to vascular plants, are also expected with respect to molecules involved in cell and tissue polarity formation (e.g., polar auxin transport). We will uncover how molecular evolution contributes to the morphological diversification of land plants. Besides the evolution of leaf morphology, we are currently studying the evolutionary process of polar auxin transport and their roles in morphological diversification by exploiting non-seed plants (M. Polymorpha and P. patens). We are also planning to investigate the evolution of symbiosis between plants and microorganisms.
Current projects and the projects which will be undertaken are:
1. Evolutionary process of polar auxin transport
2. Evolution and diversification of lateral organ
3. Evolution of the plant-microbial symbiosis
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1. Evolutionary process of polar auxin transport
双子葉植物の葉脈パターン形成に見られるように、オーキシンの極性輸送は複雑なパターン形成を実現します。また、組織を形成する個々の細胞は、オーキシン極性輸送によりつくられる組織中のオーキシンの濃度勾配を座標として認識しているかのように分化していきます。このとき、細胞は非常に明確な極性を示しますが、この極性形成の背後には、オーキシンとPINの分子基盤が働いています。一方で、複雑なからだをもたないコケ植物などにも、このオーキシンとPINの分子基盤を構成する遺伝子は保存されています。根も葉も持たないコケ植物は、この分子基盤を何に用いているのでしょうか？
パターンの複雑さと形態の複雑さのあいだにはどんな進化的な関係があるのか？どの分子（群）の、どのような進化が植物形態の複雑さを生み出せるようになったのか？という疑問に答えるために、オーキシン極性輸送に関わる分子群に着目し、それらの、様々な植物種の発生・形態形成における働きを解析し、比較解析を行います。
2. Evolution and diversification of lateral organ
地球上の植物は多様な形態を示します。これは、側生器官である葉の形態の多様性が主な要因の一つです。葉はサイズ・形態の多様変化だけでなく、花として異なった器官へ分化します。また、その一方で、サボテンやギンリョウソウなどにみられるように、葉自体を退化させる進化を引き起こします。これまでの植物学においては、葉を退化させる分子メカニズムについてはほとんど明らかにされていませんでしたが、わたしたちは葉を退化させる転写因子ALOGを発見することに成功しました（Naramoto et al., 2019 PLoS Biol）。ＡLOGは、細胞分裂の阻害や、葉緑体を退化させる機能を持つ転写因子であり、この機能はコケ植物のゼニゴケ・単子葉植物のイネにおいて保存されていることも見出しました。イネ・ゼニゴケ以外にも進化の過程で葉を退化させた植物は多く存在します。今後はこのような植物においてもALOGが働いているか解析を行い、葉を退化させる機構の進化においてALOGが果たした役割を明らかにします。
3. Evolution of the plant-microbial symbiosis
植物が始めて陸上化した際には、肥沃な土壌は存在せず、植物の生存に適した環境ではなかったと考えられます。そのため、植物の陸上化の初期段階では、菌類との共生により栄養分を獲得することが重要であったと予想されます。そこで今後、植物が菌類と共生するメカニズムについて解析を行います。とくに、コケ植物が菌類と共生するメカニズムを解析し、それを種子植物の知見と比較することで、共生を確立するメカニズムの進化について明らかにします。
