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DIXCEL/ディクセル ブレーキパッド タイプM フロント左右セット CITROEN XSARA (N7) Break 1.6 年式01/12~ 207361N7NFUW/N7NFU M2111679

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2017年10月30日

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東北大学大学院生命科学研究科 教授 渡辺正夫

仙台放送ニュースアプリ【みんなのゼミ】にて
2015年8月21日掲載

 

はじめに

これまで4回のコラムを通じて、「江戸時代の遺伝学」 ★色番号塗装発送フロントバンパー【ギブソン】【4型ハイエース200系ワイド】グラファム グレン フロントバンパースポイラーGT(アンダーリップ:カーボン製) [1E7]シルバーマイカメタリック 塗り分け有(2色)、「ゲノム情報の光と影」、「すごい『トウモロコシ』の作り方」、「食卓に並ぶ農作物のクローン技術」について、農作物の遺伝や品種改良などを中心にお話してきました。

 

最終回となる今回は 、植物における開花・受粉・受精を経た「生殖過程」の科学的基盤についてお話したいと思います。種子・果実が農作物として生産(子実生産)される際、受粉・受精がきちんと機能することで初めて子実形成が起きる、ということは簡単に第1回でも触れましたが、今回はさらに詳しくお話していきたいと思います。

 

なお、最初(画面上のタイトルカバー)の動画は、雌しべの先端・柱頭に花粉(金色の米粒のように見える)をのせた時、花粉がどのように変化するかについて、観察し、再生時間を縮めたものです。花粉は水を吸い上げ(吸水)、ふくらみ、この動画では少し見にくいですが、花粉管を発芽させることもあります。

 

自殖性、他殖性とは

花粉を雌しべの先端・柱頭に付着させることを「受粉」と言い、花粉の中の精細胞と卵細胞が融合することを「受精」と言います。

 

一般的に植物の花の中には、雄しべと雌しべが同居していますので、同じ花の中で受粉・受精が起きると思われている方が多いかもしれませんが、必ずしもそうではありません。

 

被子植物は自分の花粉で受粉・受精することができる「自殖性植物」と、他人の花粉でしか受粉・受精が成立しない「他殖性植物」に分類されます(仕組みなどは後述)。

 

自殖性植物の代表はイネであり、他殖性植物の代表はキャベツ・ハクサイ・ダイコン等のアブラナ科植物でしょうか(図1)。もちろん、自殖性植物のイネであっても他品種の花粉が付着し受精することもありますし、他殖性植物のキャベツも花の季節の終盤である春の終わり頃には、自分の花粉で受精することがあります。

 

つまり、自殖性、他殖性という性質が、デジタルの1 vs. 0という世界ではなくて ブリヂストン 並行輸入品 POTENZA ポテンザ S001 数量限定 サマータイヤ 225/45R18 WEDS ウェッズ Kranze クレンツェ Felsen 358EVO ホイールセット 4本 18インチ 18 X 7.5 +48 5穴 100、その中間的な揺らぎの部分も存在するということを意味します。こうしたことは、小中学校理科では殆ど習わないため「植物は自分の花粉で受粉する」というイメージに繋がるのかもしれませんし、中学校理科(昔は高校生物でした)で習う「メンデルの遺伝の法則(第1回【豆知識】参照)」で用いられていた材料が自殖性植物の「エンドウ」であることも大きく影響しているのかもしれません。

 

メンデルの実験の中に、エンドウの両親世代(F0)を相互交配して雑種(F1)を作出し、これを「自家受粉」してF2を作出する、という下りがありますので。では、植物には何故このような2つの受粉様式があり、それぞれの受粉様式には、どの様な利点・欠点があるのでしょうか。

 

自殖性、他殖性における利点と欠点

まず、他殖性の利点は、集団の遺伝的多様性が確保されることです。植物は動物とは異なり、特定の場所で生長を始めたら、そこから移動することができません。つまり、大きく変動する周囲の環境に適応しながら生きる必要があります。そうした環境適応性を広く身につけるためには、植物がつける種子、つまり子孫が遺伝的多様性に富んでいることが重要です。

 

集団が遺伝的に均一だと、その植物に対する病害虫が発生した時や、極端な温度・湿度変化等があった時、適応できずに全滅する危険性があるからです。この遺伝的多様性を確保するためには、訪花昆虫を花色や蜜で呼びよせ、花粉を運んでもらう等の高いコストを負ってでも、異なる遺伝的背景の花粉(精細胞)と卵細胞で種子形成することが重要です。しかし、近くに同種の花がない場合は、種子(子孫)を残せない可能性がある、という欠点もあります。

 

それに対して、自殖性の利点は、低リスクで多くの子孫を残せることです。環境がそれほど変化しない場合には、無理に遺伝的多様性を高める必要はありません。そのため、自殖を行って遺伝的背景が同じ個体を増やす方が、その植物種の繁栄にとって有利になる場合があります。ただし、自殖により遺伝的背景が均一になるために、生育環境条件の変化で全滅等の欠点があります。

 

 

他殖促進:タマネギに見られる雌雄異熟

では、他殖性植物がどのように他殖を促進しているのか、その仕組みを説明していきましょう。先述の通り、多くの植物には、雄しべと雌しべが同居していますから、自家受粉の確率が高くなります。それを避けるため、植物はいくつかの仕組みを発達させてきました。その1つが「雌雄異熟」というシステムです。

 

これは開花した時、「雄しべと雌しべの成熟するタイミングをずらす」という仕組みです。雄しべが先に熟する「雄性先熟」とその逆の「雌性先熟」があります。雄性先熟の例としては、タマネギ・トウモロコシなどがあげられます。タマネギと言えば、ねぎ坊主といわれる小さな花の集合体を形成しますが、小さな花の開花時に、雄しべが先に成熟して花粉が放出されます。その時にはまだ、雌しべは成熟していないため自殖では、種子形成が起きず、他殖性が担保されるという仕掛けです(図2)。

他殖促進:菜の花に見られる自家不和合性

もう1つ、さらに洗練・進化した仕組みが「自家不和合性」だと言われています。これは、雄しべ、雌しべが機能・形態ともに正常であるにもかかわらず、自家受粉の時には受精に至らず、他家受粉の時に受精に至る現象です(図3)。簡単に言えば、雌しべが自分の花粉と他人の花粉を識別できて、他人の花粉だけで受精するという仕組みです(詳細な仕組みは【補足】参照;http://www.ige.tohoku.ac.jp/prg/watanabe/news2/2015/08/12162414.php)。

 

アブラナ科野菜のハクサイ・カブ・ダイコン、バラ科果樹のリンゴ・ナシ・サクランボ、ケシ科のヒナゲシ 19インチフーガ ハイブリッドY51系WEDS マーベリック 709M サムライゴールド 8.5Jx19Bluearth エース AE50 245/45R19、ヒルガオ科のサツマイモ、タデ科のソバ、カタバミ科のスターフルーツなどがあげられ、被子植物の半数が自家不和合性形質を有しているといわれています。

 

子実形成をしないで収穫するハクサイ・カブ・ダイコン・ケシ・サツマイモなどは、生産物に対して自家不和合性の影響が出ることは直接ありませんが、その他のリンゴ・ナシ・サクランボ・ソバ・スターフルーツなどでは、他家受粉することが果実・種子形成の必要条件となります。

 

サクランボで言えば VALDY ヴァルディ 【130系 マークX 前期】 [プレミアム/250G-リラックスセレクション]車種専用シートカバー (1台分)、「佐藤錦」を生産する際は、遺伝的な性質の異なる品種「ナポレオン」などの「受粉樹」を近くに植える必要があります。もし、自宅でこうした果樹を植えている時、

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、1つの品種しか植えてないにもかかわらず結実するときには、近所に同種で異なる品種の樹木があり、その花粉がハチなどの訪花昆虫によって運ばれていると思って良いと思います。このような現象を庭先で見つけたとき、近所に異なる品種の樹がないか探してみてはいかがでしょうか。

 

おわりに

今回は、著者がこの領域の研究に携わっていることもあり、少し難しい内容になったかもしれませんが、いかがだったでしょうか。この1週間、「遺伝学から見た食卓革命」というテーマで、江戸時代の日本人の品種改良から最近の農作物の品種・繁殖の現状、また、農作物がどの様に品種改良され、食卓に並んでいるのか、こうした品種改良の背景である遺伝学・ゲノム・受粉・受精に関する科学等を簡単に紹介してきました。

 

これらのことからなるほどと思って頂き、また、少しだけかもしれないですが、毎日の食生活、野菜・果物・花を見る眼が違ってきたら幸いです。これで著者の記事は終わりとなりますが、著者の研究活動に関すること、大学の研究室での日々の生活、著者がライフワークとして行っている出前講義のことなどを、研究室のホームページ(http://www.ige.tohoku.ac.jp/prg/watanabe/)から日々発信しております。あわせてご覧頂ければ幸いです。この1週間、本当にありがとうございました。また、読者の皆様とどこかでこうした機会があることを楽しみにしております。ありがとうございました。

最後となりましたが、この1週間の原稿の査読、校閲、図版作成、写真・動画の提供などの労を賜りました、研究室スタッフ・鈴木(増子)様、伊藤様、大学院生・辺本様には、この場を借りてお礼申し上げます。ありがとうございました。

 

 

【豆知識】

近交弱勢と「ヒーロー」

他殖性植物と自殖性植物の関係はどの様になっているのでしょうか。それを示す興味深い実験が行われています。つまり、他殖性植物で無理に自殖を繰り返すと、どの様なことが起きるのでしょうかということです。

 

この点について、進化論を確立したイギリスのダーウィンが1876年に記した著書「The effects of cross and self fertilisation in the vegetable kingdom」では、数多くの植物種を研究材料として実験を行い、自家受粉、他家受粉を同じ植物で行ったとき、その後代にどの様な影響がもたらされるのかについて示されています。

 

他殖性であるキャベツを用いた実験では、興味深いことに、自家受粉、他家受粉を行い、3世代後のキャベツの重さを測定したところ、自殖3世代目で得られたキャベツの重さは、他殖3世代目でのキャベツの22%という小ささになっていたそうです。他殖性植物において自殖を繰り返す事が、いかに不利・危険であるかを明確に示した事例だと言えます。このように、他殖性植物が自殖を繰り返すことで、個体が小さくなり、環境・病害虫への適応力が下がる現象を「近交弱勢(自殖弱勢)と言います。

 

上述の通り、自殖をすることが他殖性植物にとってきわめて危険なものであるにも関わらず、なぜイネのような自殖性植物が地球上には沢山存在するのでしょうか。このことに対する1つの解答がダーウィンの同書には書かれています。他殖性のマルバアサガオにおいて、自殖を6世代続けたところ、5世代までは他殖個体よりも小さかったものが、6世代目で他殖個体よりも大きく育つ個体が表れ、それ以降どれだけ自殖を繰り返しても、その個体では自殖弱勢が表れなかったそうです。まさに他殖性植物が自殖性に適応する瞬間を見いだしたものだと思います(図4)。

 

ちなみにダーウィンは、自殖の結果、他殖より大きくなった植物体を「ヒーロー」と呼んでいます。残念なことに、未だ、どの様な仕組みでこの「ヒーロー」が出現するのか、どの様な仕組みで他殖性から自殖性に適応するようになったのかということについては解明されていません。これからの大きな研究テーマの1つです。

【補足】

今回記した自殖性と他殖性の関係については、本文中のダーウィンの著書に興味深い記述があります。また、著者が研究を行っているアブラナ科植物の自家不和合性がどの様なメカニズムで、自己花粉を排除し、非自己花粉で受精を行うのか、少し難しい記述になりますが、現在、どこまで理解されているのかについて、概説しました。

 

また、自家不和合性形質をうまく利用すると、第3回の本編で記述した一代雑種育種法が効率的になるのかという手法についても、項目を設けて記しておきました。それぞれ、「農耕の始まりと栽培化・進化」、「アブラナ科植物の自家不和合性の分子メカニズム」、「アブラナ科作物における自家不和合性を利用した一代雑種育種法」というタイトルで渡辺の研究室のHPに補足1, 2, 3として概説してあります(http://www.ige.tohoku.ac.jp/prg/watanabe/news2/2015/08/12162414.php)。あわせてご覧ください。

 

【プロフィール】

東北大学大学院生命科学研究科教授

1984年愛媛県立今治西高等学校卒業。1991年東北大学大学院農学研究科中途退学。1991年東北大学農学部助手。1994博士(農学)。1997年岩手大学農学部助教授。2005年東北大学大学院生命科学研究科教授(現職)。

アブラナ科植物を材料(カブ、ハクサイ、キャベツなど)として、自家不和合性の自他識別にどの様な遺伝子が関わり、この現象を機能させているのかについて Bellezza/ベレッツァ シートカバー セレナ C23 カジュアルG ライトベージュ(アイボリー)、30年近く研究。研究成果は、Nature, Scienceをはじめ、100編以上の論文として発表。この自家不和合性研究が評価され、2011年日本学術振興会賞受賞。平行して、小中高でのアウトリーチ活動を700回以上実践、継続中。

趣味は、旅行、読書(歴史関連本)、サッカー観戦。

 

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