著者の所属・活動拠点の国は、中国です。

掲載誌：International Journal of Molecular Sciences

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

ジャガイモの収量は、地下の茎（ストロン）の先がふくらんでできるイモ（塊茎）の形成と発達に大きく左右されます。塊茎の形成は、日長、温度、栄養、植物ホルモンなど多くの要因で調節されていることが知られています。

研究チームが注目したのは、植物だけが持つ「TCP」と呼ばれる転写因子の一族です。転写因子とは、ほかの遺伝子の働きを調節するタンパク質です。TCPは、種子の発芽や枝分かれ、花の発達などに関わることが他の植物で報告されています。一方、ジャガイモでの研究はモデル植物に比べて限られていました。栽培ジャガイモは染色体のセットを4組持つ「四倍体」で、ゲノムが複雑です。そこで研究チームは、高品質な四倍体ジャガイモのゲノム情報を使い、TCP遺伝子を網羅的に特定することを目指しました。あわせて、TCP遺伝子が塊茎の発達とどのように関連しうるかを探り、今後の機能研究の土台をつくることを目的としました。

何を、どのように調べたか

対象は、四倍体ジャガイモ品種「青薯9号」のゲノムから予測されたタンパク質の一覧です。研究チームは、TCPに特徴的な領域（TCPドメイン）を持つタンパク質を検索し、TCP遺伝子を特定しました。そのうえで、染色体上の位置、遺伝子の構造、タンパク質の性質、遺伝子の重複、遺伝子の上流にある調節配列を調べました。

進化的な関係を見るため、ジャガイモのTCPを、既に報告されているシロイヌナズナ、トウモロコシ、トマト、イネのTCPと並べて系統樹を作りました。さらに、ゲノム上の並び順が保たれた遺伝子の組（シンテニー）を探しました。対象には、異なる種の間の組と、同じ種のゲノム内の組の両方を含めました。

遺伝子がどこでどれだけ働いているかは、公開されているRNA-seqデータで調べました。RNA-seqは、細胞内で読み取られている遺伝子の量を一斉に測るデータです。使ったのは2種類で、1つは葉と根を高温・低温で0〜48時間処理したデータです。もう1つは塊茎発達の4段階のデータです。4段階とは、ストロンの先が鉤状に曲がる段階、先端の少し下がふくらむ段階、塊茎ができ始める段階、塊茎が形成される段階を指します。一部の遺伝子については、特定の遺伝子の量を測るqRT-PCRという方法でも確かめました。

さらに、塊茎発達4段階の12試料を使ってWGCNAという解析を行いました。これは、同じように増減する遺伝子を「モジュール」と呼ばれるグループにまとめ、どのグループが特定の段階と強く結びつくかを調べる方法です。

主な報告結果

研究チームは、四倍体ジャガイモで57個のTCP遺伝子（StTCP1〜StTCP57）を特定しました。これらは29本の染色体上にあり、基本となる12種類の染色体のうち10種類に分布していました。最も多いのは3番染色体で、14個（24.6%）が集まっていました。7番と11番には見つかりませんでした。過去のジャガイモの研究では、TCP遺伝子は31個や23個と報告されていました。論文はこの差の理由として、参照ゲノムや判定基準の違いと、四倍体ゲノムで重複した遺伝子のコピーが保たれていることを挙げています。

5種の計185個のTCPタンパク質で作った系統樹では、全体が8つのサブファミリーに分かれました。ジャガイモのTCPが最も多かったのはサブファミリーVIIIで、28個でした。並び順の保たれた遺伝子の組は計203組見つかりました。このうち58.6%は異なる種の間の組、41.4%は同じ種のゲノム内の組でした。種をまたぐ組で最も多かったのはトマトとジャガイモの間で、53組と種間の組の44.5%を占めました。一方、双子葉植物（シロイヌナズナ、トマト、ジャガイモ）と単子葉植物（イネ、トウモロコシ）の間には、直接の組は検出されませんでした。

発現の解析では、TCP遺伝子の働き方は組織や温度によって異なりました。塊茎発達の段階に応じて特徴的な変化を示した遺伝子は8個ありました。StTCP39、StTCP42、StTCP55、StTCP57は、ストロンが鉤状に曲がる最初の段階で発現が最も高く、その後は低いままでした。StTCP12とStTCP20はふくらみ始めの段階で発現が高くなりました。StTCP1は塊茎ができ始める段階で、StTCP9は塊茎の発達段階で発現が高くなりました。qRT-PCRの結果は、これらの傾向をおおむね支持しました。

WGCNAでは27個のモジュールが見つかり、4つの段階それぞれと強い正の相関を示すモジュールがありました。鉤状の段階と最も強く結びついたモジュールは、相関係数0.997を示しました。このモジュールにはStTCP42が含まれていました。StTCP42のグループ内での中心性を示す値は0.930、この段階との関連を示す値は0.937でした。研究チームは、RNA-seq、qRT-PCR、WGCNAの3つの解析を通じて最も一貫して初期の塊茎発達と結びついた遺伝子として、StTCP42を挙げました。StTCP57も複数の解析で支持されました。WGCNAからは、StTCP18、StTCP38、StTCP46も、特定の段階に関わりうる候補として浮かび上がりました。

この報告が示すこと

研究チームは、四倍体ジャガイモのTCP遺伝子群が構造の面ではよく保たれていると結論づけています。そのうえで、遺伝子ごとに働く場所や時期が分かれていることを示したとしています。遺伝子の数が多いことについては、遺伝子の重複や倍数化、重複したコピーが残されてきたことと関係している可能性があると論じています。今回の成果は、塊茎発達の仕組みを調べるうえで、優先して機能を確かめるべき候補遺伝子を絞り込んだものと位置づけられています。

一方で著者らは、今回の証拠は主にコンピューターによる予測、発現の解析、発現の連動関係にもとづくと述べています。そのため、これらの遺伝子が塊茎形成を直接調節していると確定するには不十分だとしています。また、WGCNAの解析は12試料にもとづいています。著者らは、見いだされた関連の頑健さや一般化には限りがある可能性があることも、限界として挙げています。

原著論文の著者・所属：Yaping Li（Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Qinghai University, Xining 810016, China; Key Laboratory of Qinghai-Tibet Plateau Biotechnology, Ministry of Education, Qinghai University, Xining 810016, China; Laboratory for Research and Utilization of Qinghai-Tibet Plateau Germplasm Resources, Qinghai University, Xining 810016, China; Qinghai Provincial Key Laboratory of Potato Breeding, Qinghai University, Xining 810016, China）、Longbin Mei（College of Agriculture and Animal Husbandry, Qinghai University, Xining 810016, China; Key Laboratory of Qinghai-Tibet Plateau Biotechnology, Ministry of Education, Qinghai University, Xining 810016, China; Laboratory for Research and Utilization of Qinghai-Tibet Plateau Germplasm Resources, Qinghai University, Xining 810016, China; Qinghai Provincial Key Laboratory of Potato Breeding, Qinghai University, Xining 810016, China）、Yongzhen Ma（Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Qinghai University, Xining 810016, China; Key Laboratory of Qinghai-Tibet Plateau Biotechnology, Ministry of Education, Qinghai University, Xining 810016, China; Laboratory for Research and Utilization of Qinghai-Tibet Plateau Germplasm Resources, Qinghai University, Xining 810016, China; Qinghai Provincial Key Laboratory of Potato Breeding, Qinghai University, Xining 810016, China）、Long Zhao（Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Qinghai University, Xining 810016, China; Key Laboratory of Qinghai-Tibet Plateau Biotechnology, Ministry of Education, Qinghai University, Xining 810016, China; Laboratory for Research and Utilization of Qinghai-Tibet Plateau Germplasm Resources, Qinghai University, Xining 810016, China; Qinghai Provincial Key Laboratory of Potato Breeding, Qinghai University, Xining 810016, China）、Jian Wang（Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Qinghai University, Xining 810016, China; Key Laboratory of Qinghai-Tibet Plateau Biotechnology, Ministry of Education, Qinghai University, Xining 810016, China; Laboratory for Research and Utilization of Qinghai-Tibet Plateau Germplasm Resources, Qinghai University, Xining 810016, China; Qinghai Provincial Key Laboratory of Potato Breeding, Qinghai University, Xining 810016, China）、Fang Wang（Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Qinghai University, Xining 810016, China; College of Agriculture and Animal Husbandry, Qinghai University, Xining 810016, China; Key Laboratory of Qinghai-Tibet Plateau Biotechnology, Ministry of Education, Qinghai University, Xining 810016, China; Laboratory for Research and Utilization of Qinghai-Tibet Plateau Germplasm Resources, Qinghai University, Xining 810016, China; Qinghai Provincial Key Laboratory of Potato Breeding, Qinghai University, Xining 810016, China）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Yaping Li, Longbin Mei, Yongzhen Ma, et al. Genome-Wide Identification of the TCP Gene Family in Tetraploid Potato and Analysis of Their Potential Roles in Tuber Development. International Journal of Molecular Sciences（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-10-10. DOI: 10.3390/ijms27208995. 原著ライセンス：CC BY.