研究興味

当研究室で取り組む研究の中心にある生命現象や進化プロセスを、キーワードごとに紹介します。ここでは個別に説明していますが、実際には複数のキーワードが交差する研究課題にも数多く取り組んでいます。

革新的形質の進化

収斂進化

表現型可塑性

劇的な形態進化

「進化」というと、連続的な変化を思い浮かべるかもしれません。しかし実際には、「中間」が見当たらず、突然出現したように見える形態もあります。食虫植物の袋型捕虫葉は、その代表例といえるでしょう。その秘密は、生物の形づくり、すなわち発生過程にあるはずです。

細胞種進化

生物の体は細胞の集まりです。体の進化を突き詰めていくと、細胞種の進化として理解できます。食虫植物には、他の植物には見られない特殊な細胞が数多く存在します。それらの細胞は、食虫植物進化の過程でどのように誕生したのでしょうか。

転用進化

無秩序から秩序だった新機能を生み出すことは、進化においても簡単ではありません。しかし、既存の仕組みを再利用できるなら話は別です。もともとある形質に使われていた既存遺伝子が別の形質に転用されることで、革新的な形質が突然出現したように見えることもあります。私たちはこれまでに、病害抵抗性に関わる酵素から食虫植物の消化酵素が進化したことを報告してきましたが、予想外の転用はほかにも数多く見つかります。遺伝子転用の歴史をたどることで、形質進化の仕組みに迫っています。

遺伝子重複・全ゲノム重複

形質進化の背後では、しばしば新しい遺伝子が出現しています。そうした新しい遺伝子は、既存遺伝子の複製によって生じることが多く、この過程を遺伝子重複と呼びます。遺伝子重複は、生物進化に欠かせないプロセスです。特定の形質進化と同時期に起こった遺伝子重複の痕跡をゲノム配列から探し出したり、遺伝子重複が他の分子進化プロセスとどのように関わるかを調べたりしています。

また、遺伝子重複は常に個別に起こるわけではありません。全ゲノム重複は、数万の遺伝子を一度に倍化させる進化プロセスで、とくに植物で頻繁に起こります。その時期やサブゲノム間の相互作用を解析することで、全ゲノム重複の進化的意義に迫っています。

遺伝子配列進化

遺伝子の塩基配列（ATGC）はタンパク質のアミノ酸配列を規定します。そして、アミノ酸配列はタンパク質構造を、タンパク質構造はその機能を、さらにタンパク質機能は高次の生命階層を経て生物のマクロな形質へと影響を及ぼします。遺伝子配列と形質のあいだにはさまざまなレイヤーがありますが、たった一つのアミノ酸置換をもたらす配列変化が、生存に直結することもしばしばあります。私たちは、形質進化を引き起こした遺伝子配列の変化を探索しています。

遺伝子発現進化

コードされるタンパク質のアミノ酸配列が変わらなくても、遺伝子の機能が変化することはあります。遺伝子の発現量や発現場所の変化による、調節的変異を介した進化です。このような遺伝子発現進化は、とくに転用進化と深く関わる過程であり、重点的に研究しています。

遺伝子喪失

何かを獲得することだけが進化ではありません。何かを失うこともまた、生物進化を構成する重要な過程です。何か新しい形質が成立する裏で、特定の遺伝子が失われることもしばしばあります。遺伝子喪失は、遺伝子重複とは対照的な進化プロセスですが、その進化的意義は遺伝子重複に比肩します。

遺伝的背景

同じ変異でも、常に同じ形質進化をもたらすとは限りません。遺伝子の機能は、他の遺伝子との相互作用によって決まるためです。ある特定の遺伝子座に着目したとき、その他すべての遺伝子座からの影響を総称して遺伝的背景と呼びます。これは収斂進化と深く関わる要因です。遺伝的背景の影響が大きければ、分子収斂による表現型進化は起こりにくくなり、逆にその影響が小さければ起こりやすくなるはずです。私たちは、こうした関係を探っています。