ゲッティンゲン大学の研究者らによる、陸上植物に近縁な藻類であるメソテニウム・エンドリケリアヌムに関する研究により、重要な遺伝的洞察が明らかになった。生物学者は、さまざまな環境条件に対する藻類の反応を分析することで、藻類と陸上植物に共通する遺伝的メカニズムを明らかにし、植物の進化と回復力についての理解を深めてきました。
地球のほとんどの地表には多種多様な植物が生育しており、それらが陸上バイオマスの大部分を占めています。植物は繊細なコケからそびえ立つ木まで多岐にわたります。この驚くべき生物多様性は、植物の陸生化という運命的な進化の出来事によってもたらされました。これは、ある種の藻類（その現代の子孫は現在も実験室で研究できます）が植物に進化し、世界中の陸地に侵入した時点を指します。ゲッティンゲン大学の研究チームは、「ハブ遺伝子」を特定するために100億個のRNA断片の調査を主導した。
研究チームが率いる国際チームは、陸上植物に最も近い藻類の1つであるメソテニウム・エンドリケリアヌムと呼ばれる謙虚な単細胞藻類の分子ネットワークを研究するために、大規模な遺伝子発現データを生成した。彼らの研究結果は Nature Plants に掲載されました。
研究者らは、ゲッティンゲン大学（SAG）の藻類培養コレクションで25年間安全に保管されていた内生菌の株を使用し、そこで独自の実験装置を使用して内生菌をさまざまな光の強度と温度の範囲に継続的に曝露した。
ゲッティンゲン大学の研究者、ジャニーン・フュルスト＝ヤンセン氏は、「私たちの研究では、まず藻類の光と温度への適応能力の限界を調べた。藻類を8℃から29℃の広い温度範囲にさらした。詳細な生理学的分析に基づいて、耐熱性と光耐性の間の幅広い相互作用を観察したとき、私たちは非常に興味を持った。」と述べた。
研究者らは、藻類の反応を形態学的および生理学的レベルで研究しただけでなく、約100億個のRNA断片から情報を読み取った。この研究では、ネットワーク解析を使用して、約 20,000 個の遺伝子の共通の動作を同時に研究しました。これらの共通パターンの中で、さまざまな環境シグナルに応答して遺伝子発現を調整する上で中心的な役割を果たす「ハブ遺伝子」が発見されました。
このアプローチは、藻類の遺伝子発現がさまざまな条件に応じてどのように制御されるかについて貴重な洞察を提供するだけでなく、進化的分析と組み合わせることで、これらのメカニズムが陸上植物とその近縁藻類にどのように共通しているのかも明らかにします。
ゲッティンゲン大学のヤンデ・フリーズ教授は、「この研究のユニークな点は、私たちのネットワーク分析が、これらの藻類では知られていなかった遺伝的メカニズムのツールボックス全体を指摘できることです。この遺伝的ツールボックスを調べたところ、それらが植物と藻類の進化の6億年にわたって共有されていることがわかりました。」と述べました。
ゲッティンゲン大学の博士課程学生、アーミン・ダドラスは次のように説明します。「私たちの分析により、さまざまな植物や藻類でどの遺伝子が相互に協力しているかを特定できます。これは、さまざまな曲を通してどの音が調和を保っているかを発見するようなものです。この洞察は、長期的な進化パターンを発見するのに役立ち、時代を超越したメロディーがさまざまな音楽ジャンル間で共鳴するのと同じように、特定の基本的な遺伝的「音」が多数の植物種間でどのように一貫しているかを明らかにします。」