被子植物7種8器官の遺伝子発現アトラス DevSeq

　生物種間の表現型の違いはタンパク質コード配列と遺伝子発現の変化によって大きく左右される。ここでは、7種8器官のトランスクリプトームを解析することにより、被子植物のタンパク質コード遺伝子の発現パターンが急速に進化していることを示す。4,500万年以内にオルソログ遺伝子の発現レベルは非常に強く分岐し、異なる種の相同遺伝子と考えられる器官間よりも、種内の異なる器官間の方が類似している。この発見は、器官依存的な遺伝子発現レベルはほぼ保存されていることを示した、哺乳類における以前の観察結果とは異なる3, 4, 5。被子植物の器官の中では、分裂組織と葉が最も高い発現保存度を示すのに対し、雄しべと花粉のトランスクリプトームは急速に分岐する。機能的に関連する遺伝子の発現レベルの変化を調べたところ、主要な細胞、代謝、発生過程に関与する遺伝子の発現率は低かった。これとは対照的に、内生的・外来的刺激への応答に関わる遺伝子では、特に高い発現レベルが観察された。これはおそらく、刻々と変化する環境に対する顕花植物の適応的応答を反映していると考えられる。本研究により、遺伝子発現の進化は、被子植物では異なる速度で進行していることが明らかになった。

シロイヌナズナ(Col-0)をリファレンス種として、根、胚軸、葉、植生頂、花序頂、花、子房、雄しべから採取した3連rRNA depletion全RNAサンプルを用いて、ハイスループット全トランスクリプトームシークエンシング(RNA-seq)を行った。また、成熟花粉のRNA-seqデータも収集した。成熟花粉は、生殖細胞と1～2個の精細胞の2種類の細胞からなる代表的な組織であるため、ほぼ細胞種特異的な分解能で種間の遺伝子発現の変化を解析することができる。種は、公開されているゲノム配列の質と進化的距離に基づいて選択され、近縁のアブラナ科のシロイヌナズナ、シロイヌナズナ・リラータ、トウガラシ属のCapsella rubella、Eutrema salsugineumの4種、アブラナ科の姉妹科CleomaceaeのTarenaya hassleriana、マメ科のMedicago truncatula、単子葉植物のBrachypodium distachyonからなる（論文図1a）。これらの比較サンプルに加え、より高い時空間分解能でコーディングおよびノンコーディング遺伝子の発現パターンを研究するため、胚発生初期から老化期まで、A. thalianaの幅広い組織と発生段階からトランスクリプトーム・ライブラリーを調製した。DevSeq遺伝子発現アトラスと名付けた完全なデータセットは、303ライブラリーから構成されている（Extended Data Table 1, Extended Data Fig.）。