防御性二次代謝系に共通する転写因子

多くの二次代謝産物は，特定の種や属に特異的に分布している．ナス科植物であるタバコ（Nicotiana tabacum）は，殺虫性アルカロイドであるニコチンを，根で生合成し，地上部に輸送することで，全草に蓄積する^{(1, 2)}1) T. Shoji: “Plant Specialized Metabolism: Genomics, Biochemistry, and Biological Function,” ed. by G. Arimura & M. Maffei, CRC Press, 2016, p. 852) E. Eich: “Solanaceae and Convolvuaceae: Secondary Metabolites,” Springer, 2007.．また，ソラニンやトマチンなどのステロイドグリコアルカロイド（SGA: steroidal glycoalkaloid）は，主にジャガイモ（Solanum tuberosum）の芽やトマト（Solanum lycopersicum）の未熟果実など，ナス科作物の非可食部位に蓄積する毒性成分である⁽²⁾2) E. Eich: “Solanaceae and Convolvuaceae: Secondary Metabolites,” Springer, 2007.．一方，キョウチクトウ科の薬用植物であるニチニチソウ（Cataranthus roseus）は，抗腫瘍活性を示すビンブラスチンなどのインドールアルカロイドを生合成する⁽¹⁾1) T. Shoji: “Plant Specialized Metabolism: Genomics, Biochemistry, and Biological Function,” ed. by G. Arimura & M. Maffei, CRC Press, 2016, p. 85．これらの毒性アルカロイドは，互いに化学構造も生合成経路も全く異なっているが，いずれの生合成もAP2/ERFファミリーのグループIXaに属する転写因子（図1A）であるタバコERF189⁽³⁾3) T. Shoji, M. Kajikawa & T. Hashimoto: Plant Cell, 22, 3390 (2010).，トマトJRE4 ^(4～6)4) P. D. Cárdenas, P. D. Sonawane, J. Pollier, R. Vanden Bossche, V. Dewangan, E. Welthom, L. Tal, S. Meir, I. Rogachev, S. Malitsky et al.: Nat. Commun., 7, 10654 (2016).6) M. Nakayasu, N. Shioya, M. Shikata, C. Thagun, A. Abdelkareem, Y. Okabe, T. Ariizumi, G. Arimura, M. Mizutani, H. Ezura et al.: Plant J., 94, 975 (2018).，ニチニチソウORCA3⁽⁷⁾7) L. van der Fits & J. Memelink: Science, 289, 295 (2000).によって，それぞれが正に制御されている．いずれの転写因子遺伝子も，傷害ホルモンであるジャスモン酸（JA: jasmonate）によって発現誘導され，標的物質のJAシグナル依存的な蓄積増大を可能としている^{(3, 5, 7)}3) T. Shoji, M. Kajikawa & T. Hashimoto: Plant Cell, 22, 3390 (2010).5) C. Thagun, S. Imanishi, T. Kudo, R. Nakabayashi, K. Ohyama, T. Mori, K. Kawamoto, Y. Nakamura, M. Katayama, S. Nonaka et al.: Plant Cell Physiol., 57, 961 (2016).7) L. van der Fits & J. Memelink: Science, 289, 295 (2000).．

ERF189とJRE4は，それぞれの植物ゲノムにおいて，複数の相同ERF遺伝子とともに，遺伝子クラスターを形成している（図1B図1■防御性二次代謝系に共通するERF転写因子）^{(3～5, 8)}3) T. Shoji, M. Kajikawa & T. Hashimoto: Plant Cell, 22, 3390 (2010).4) P. D. Cárdenas, P. D. Sonawane, J. Pollier, R. Vanden Bossche, V. Dewangan, E. Welthom, L. Tal, S. Meir, I. Rogachev, S. Malitsky et al.: Nat. Commun., 7, 10654 (2016).5) C. Thagun, S. Imanishi, T. Kudo, R. Nakabayashi, K. Ohyama, T. Mori, K. Kawamoto, Y. Nakamura, M. Katayama, S. Nonaka et al.: Plant Cell Physiol., 57, 961 (2016).8) M. Kajikawa, N. Sierro, H. Kawaguchi, N. Bakaher, N. V. Ivanov, T. Hashimoto & T. Shoji: Plant Physiol., 174, 999 (2017).．クラスターの両端部分に位置するERFは，トマトとタバコの種間で明確なオルソローグ関係が推定されるのに対して，ERF189やJRE4などのクラスター中央付近の遺伝子はそれぞれの種に特異的である（図1図1■防御性二次代謝系に共通するERF転写因子）．遺伝子重複によりクラスターが拡大する過程で，これら特異的なERFが出現したと考えられる⁽⁸⁾8) M. Kajikawa, N. Sierro, H. Kawaguchi, N. Bakaher, N. V. Ivanov, T. Hashimoto & T. Shoji: Plant Physiol., 174, 999 (2017).．ERF189とJRE4の組織別，生育段階別の発現パターンは，代謝産物の蓄積パターンと非常によく相関しており，また，それらの転写産物量は生合成組織において，クラスターの中で最も多い^{(4, 5, 8)}4) P. D. Cárdenas, P. D. Sonawane, J. Pollier, R. Vanden Bossche, V. Dewangan, E. Welthom, L. Tal, S. Meir, I. Rogachev, S. Malitsky et al.: Nat. Commun., 7, 10654 (2016).5) C. Thagun, S. Imanishi, T. Kudo, R. Nakabayashi, K. Ohyama, T. Mori, K. Kawamoto, Y. Nakamura, M. Katayama, S. Nonaka et al.: Plant Cell Physiol., 57, 961 (2016).8) M. Kajikawa, N. Sierro, H. Kawaguchi, N. Bakaher, N. V. Ivanov, T. Hashimoto & T. Shoji: Plant Physiol., 174, 999 (2017).．一方，ほかのクラスター構成遺伝子の大半は，JAのみでなく塩ストレスによっても顕著に誘導されることからも，生合成制御に関与する可能性は低い^{(6, 8, 9)}6) M. Nakayasu, N. Shioya, M. Shikata, C. Thagun, A. Abdelkareem, Y. Okabe, T. Ariizumi, G. Arimura, M. Mizutani, H. Ezura et al.: Plant J., 94, 975 (2018).8) M. Kajikawa, N. Sierro, H. Kawaguchi, N. Bakaher, N. V. Ivanov, T. Hashimoto & T. Shoji: Plant Physiol., 174, 999 (2017).9) T. Shoji & T. Hashimoto: Phytochemistry, 113, 41 (2015).．低ニコチン形質を示すタバコnic2変異は，ERF189を含むゲノム領域の欠失に起因すること^{(3, 8)}3) T. Shoji, M. Kajikawa & T. Hashimoto: Plant Cell, 22, 3390 (2010).8) M. Kajikawa, N. Sierro, H. Kawaguchi, N. Bakaher, N. V. Ivanov, T. Hashimoto & T. Shoji: Plant Physiol., 174, 999 (2017).や，JRE4のDNA結合性損失変異はSGAの顕著な蓄積低下をもたらすこと⁽⁶⁾6) M. Nakayasu, N. Shioya, M. Shikata, C. Thagun, A. Abdelkareem, Y. Okabe, T. Ariizumi, G. Arimura, M. Mizutani, H. Ezura et al.: Plant J., 94, 975 (2018).なども，これらが主要な生合成制御因子であることを裏づけている．

図1■防御性二次代謝系に共通するERF転写因子

A: AP2/ERFファミリーのグループIXaに属する転写因子の分子系統樹．全長アミノ酸配列を用いて近接結合法により作成した．アルカロイド生合成の制御因子にはアステリスクを付けた．推定されるオルソロガスな関係を破線で示した．ERF: Ethylene Response Factor, JRE: Jasmonate-Responsive ERF, ORCA: Octadecanoid-Responsive Catharanthus APETALA 2. B: ERF189とJRE4は複数の相同ERF遺伝子とクラスターを形成している^{（4, 5, 8）}4) P. D. Cárdenas, P. D. Sonawane, J. Pollier, R. Vanden Bossche, V. Dewangan, E. Welthom, L. Tal, S. Meir, I. Rogachev, S. Malitsky et al.: Nat. Commun., 7, 10654 (2016).5) C. Thagun, S. Imanishi, T. Kudo, R. Nakabayashi, K. Ohyama, T. Mori, K. Kawamoto, Y. Nakamura, M. Katayama, S. Nonaka et al.: Plant Cell Physiol., 57, 961 (2016).8) M. Kajikawa, N. Sierro, H. Kawaguchi, N. Bakaher, N. V. Ivanov, T. Hashimoto & T. Shoji: Plant Physiol., 174, 999 (2017).．遺伝子（黒）と偽遺伝子（灰色）の位置と方向を矢尻で示す．オルソロガスな関係が推定される遺伝子を破線で結んだ．

前駆物質から最終産物にいたる生合成経路のほとんどのステップが，マスター転写因子ERF189あるいはJRE4による制御を受けている（図2図2■ERF189はニコチン経路を，JRE4はステロイドグリコアルカロイド（SGA）経路を統括的に制御する）．二次代謝に特異的な下流部分のみならず，代謝中間体を供給する上流の一次代謝経路も，これら転写因子による制御を受ける．これら一次代謝酵素は，多くの場合，二次代謝系と共発現する遺伝子とそうではないもの，すなわち2種類の発現制御が異なる遺伝子によってコードされている^{(6, 10, 11)}6) M. Nakayasu, N. Shioya, M. Shikata, C. Thagun, A. Abdelkareem, Y. Okabe, T. Ariizumi, G. Arimura, M. Mizutani, H. Ezura et al.: Plant J., 94, 975 (2018).10) T. Shoji & T. Hashimoto: Plant J., 67, 949 (2011).11) P. D. Sonawane, J. Pollier, S. Panda, J. Szymanski, H. Massalha, M. Yona, T. Unger, S. Malitsky, P. Arendt, L. Pauwels et al.: Nat. Plants, 3, 16205 (2016).．一方，二次代謝に特異的な生合成遺伝子であるタバコのPMT⁽¹²⁾12) N. Hibi, S. Higashiguchi, T. Hashimoto & Y. Yamada: Plant Cell, 6, 723 (1994).，MPO1⁽¹³⁾13) M. Naconsie, K. Kato, T. Shoji & T. Hashimoto: Plant Cell Physiol., 55, 436 (2013).，トマトのSSR2⁽¹⁴⁾14) S. Sawai, K. Ohyama, S. Yasumoto, H. Seki, T. Sakuma, T. Yamamoto, Y. Takebayashi, M. Kojima, H. Sakakibara, T. Aoki et al.: Plant Cell, 26, 3763 (2014).，SMO3, SMO4, DWF7-2, DWF5-2⁽¹¹⁾11) P. D. Sonawane, J. Pollier, S. Panda, J. Szymanski, H. Massalha, M. Yona, T. Unger, S. Malitsky, P. Arendt, L. Pauwels et al.: Nat. Plants, 3, 16205 (2016).は，一次代謝遺伝子の重複と二次代謝レギュロンへの取り込みに加えて，遺伝子産物である酵素タンパク質の触媒機能の変化（新機能分化：neo-functionalization）によって出現したものである．前駆体や代謝中間体などを共有する一次代謝系の重複と，その後の遺伝子発現や酵素機能の変化が，代謝経路の延伸や派生をもたらし，二次代謝系を出現させたと考えられる⁽¹⁵⁾15) M. Kajikawa, N. Sierro, T. Hashimoto & T. Shoji: Plant Signal. Behav., 12, e1338225 (2017).．

図2■ERF189はニコチン経路を，JRE4はステロイドグリコアルカロイド（SGA）経路を統括的に制御する

タバコのニコチン経路（A），トマトのSGA経路（B），および，それぞれに関連する経路を示した．並行する部分の酵素遺伝子（丸印）はそれぞれの転写因子による制御の有無を指標に，各々の代謝流への寄与を推定した．詳細は文献6, 8, 11を参照．ODC: ornithine decarboxylase, SPDS: spermidine synthase, PMT: putrescine N-methyltransferase, MPO: N-methylputrescine oxidase, DAO: diamine oxidase, BBL; berberine bridge enzyme-like, AO: aspartate oxidase, QS: qunolinate synthase, QPT: qunolinate phosphoribosyltransferase, ACAT: acetyl-CoA C-acetyltransferase, HMGS: hydroxymethylglutaryl-CoA synthase, HMGR: hydroxymethylglutaryl-CoA reductase, IDI: isopentenyl diphosphate isomerase, FPPS: farnesyl diphosphate synthase, SQO: squalene monooxygenase, CAS: cycloartenol synthase, SSR: sterol side chain reductase, SMO: sterol methyl oxidase, HSD: 3β-hydroxysteroid dehydrogenase, CPI: cyclopropylsterol isomerase, CYP51: sterol C14-demethylase, HYD2: Δ14-sterol reductase, HYD1: 3β-hydroxysteroid-Δ8Δ7-isomerase, DWF: Dwarf, GAME: Glycoalkaloid Metabolism, GABA: γ-aminobutyric acid, NAD: nicotinamide adenine dinucleotide.

シス制御配列の獲得

重複により生まれた遺伝子は，いかに転写因子の制御を受けるようになるのだろうか？　NAD生合成酵素であるQPTは，タバコにおいてニコチン生合成にも代謝中間体を供給している⁽¹⁶⁾16) S. J. Sinclair, K. J. Murphy, C. D. Birch & J. D. Hamill: Plant Mol. Biol., 44, 603 (2000).（図2図2■ERF189はニコチン経路を，JRE4はステロイドグリコアルカロイド（SGA）経路を統括的に制御する）．下流経路における中間体の需要増加を補うために，タバコ属の出現時に遺伝子重複が起こったと推定される．タバコQPT1とQPT2は，発現パターンに基づき，それぞれNAD生合成とニコチン生合成に主に寄与するものと考えられる⁽¹⁰⁾10) T. Shoji & T. Hashimoto: Plant J., 67, 949 (2011).．QPT2はプロモーター領域に複数のERF189の標的配列をもち，それらは機能的なシス制御配列として，QPT2のERF189による転写活性化に必要である⁽¹⁰⁾10) T. Shoji & T. Hashimoto: Plant J., 67, 949 (2011).．遺伝子重複後にQPT2はこれらのシス制御配列を順次獲得したことで，ERF189の制御するレギュロンにリクルートされたと想像される（図3図3■シス制御配列の獲得による二次代謝レギュロンへのリクルート）．タバコとトマトにおいて，レギュロンを構成する遺伝子群のプロモーター領域に，ERF189やJRE4の標的配列が有意に多く存在している^{(5, 8)}5) C. Thagun, S. Imanishi, T. Kudo, R. Nakabayashi, K. Ohyama, T. Mori, K. Kawamoto, Y. Nakamura, M. Katayama, S. Nonaka et al.: Plant Cell Physiol., 57, 961 (2016).8) M. Kajikawa, N. Sierro, H. Kawaguchi, N. Bakaher, N. V. Ivanov, T. Hashimoto & T. Shoji: Plant Physiol., 174, 999 (2017).．シス制御配列の獲得によるレギュロンへの取り込みが，これらの生合成遺伝子の進化にもあてはまる可能性が高い．

図3■シス制御配列の獲得による二次代謝レギュロンへのリクルート

QPT遺伝子の進化^（10）10) T. Shoji & T. Hashimoto: Plant J., 67, 949 (2011).を模式的に示した．遺伝子重複により出現したQPT2は，ERF189標的配列P boxをプロモーター領域に獲得することで，ERF189による制御を受けるようになった．タバコゲノムにおいて，QPT1とQPT2は約75 kb隔てた位置に存在している^（8）8) M. Kajikawa, N. Sierro, H. Kawaguchi, N. Bakaher, N. V. Ivanov, T. Hashimoto & T. Shoji: Plant Physiol., 174, 999 (2017).．

一般的に，機能的制約から高い保存性を示すタンパク質コード領域に比べて，短いうえに，冗長性を許容しうるシス制御配列は，点変異や転移などによって，比較的容易に出現・消失するとされている^{(17, 18)}17) G. A. Wray: Nat. Rev. Genet., 8, 206 (2014).18) G. Swinnen, A. Goossens & L. Pauwels: Trends Plant Sci., 21, 506 (2016).．一方，トランスに働く転写因子の変化は，数多くの標的遺伝子に多面的，波及的に影響しうることから，比較的制限されていると考えられている．制御ネットワークの変化は，トランスよりもシス側の進化に依存していると考えられる．

転写因子の進化

シス制御配列に比べてその変化は限定的であるとされるが，転写因子もまた，その機能性や発現様式がそれぞれの系統で独自に修飾される⁽¹⁹⁾19) S. J. Maerkl & S. R. Quake: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 106, 18650 (2009).．グループIXaに属するERF転写因子に関して，異なるシス制御配列（GCC boxとその類似配列であるCS1 boxとP box）に対する結合性のメンバー間での相違と，その相違がDNA結合性ドメイン内の少数のアミノ酸残基の違いによって合理的に説明されることが示された⁽²⁰⁾20) T. Shoji, M. Mishima & T. Hashimoto: Plant Physiol., 162, 977 (2013).（図4図4■DNA結合特異性の漸進的な変化）．ERRファミリー因子の典型的な標的配列であるGCC boxのみに結合する因子から，複数の配列に結合できるORCA3などの中間型因子を経て，GCC boxへの結合性を失いつつも，その類似配列P boxに結合性を示すERF189などのタバコに特異的な因子が漸進的に進化してきたシナリオを考えることができる．一般的な防御応答遺伝子に頻繁に利用され，数多くのERFの標的であるGCC boxには依存しない独自のシス・トランス系の確立⁽²¹⁾21) K. R. Takahashi, T. Matsuo & T. Takano-Shimizu-Kouno: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 108, 15276 (2011).は，制御ネットワークの混線を避け，系統特異的な二次代謝系を進化させるために必要であったと考えられる．

図4■DNA結合特異性の漸進的な変化

DNA結合ドメイン内の4残基（ドメインN末端から数えた位置；3, 6, 7, 12）を示した．3, 7, 12位の塩基性残基（R, K）は，DNAへの非特異的な結合性を増大させる．また，6位におけるRのK（*）への置換は，シス配列残基の認識特異性の変化（GCC boxとCS boxのGからP boxのTへ）に寄与すると考えられる．　AtERF1からERF189に至る結合性の変化は，機能的な中間型を経て，ごく少数の残基の置換によって説明できる^（8）8) M. Kajikawa, N. Sierro, H. Kawaguchi, N. Bakaher, N. V. Ivanov, T. Hashimoto & T. Shoji: Plant Physiol., 174, 999 (2017).．組換えORCA3の各シス配列へのin vitro結合性を配列ロゴとして示した^（8）8) M. Kajikawa, N. Sierro, H. Kawaguchi, N. Bakaher, N. V. Ivanov, T. Hashimoto & T. Shoji: Plant Physiol., 174, 999 (2017).．GLN: β-1.3-glucanase, STR: strictosidine synthase.

ニコチンとSGA生合成は，JA誘導性やそのエチレンによる抑制^{(6, 22)}6) M. Nakayasu, N. Shioya, M. Shikata, C. Thagun, A. Abdelkareem, Y. Okabe, T. Ariizumi, G. Arimura, M. Mizutani, H. Ezura et al.: Plant J., 94, 975 (2018).22) T. Shoji, K. Nakajima & T. Hashimoto: Plant Cell Physiol., 41, 1072 (2000).などの共通点も多いが，その組織特異性は異なっている．タバコの根で特異的に合成されるニコチンとは対照的に，SGAは葉や根などを含む非可食部全般で生合成される．このような生合成組織の相違は，ERF189とJRE4の発現特異性に依存している^{(4, 5, 8)}4) P. D. Cárdenas, P. D. Sonawane, J. Pollier, R. Vanden Bossche, V. Dewangan, E. Welthom, L. Tal, S. Meir, I. Rogachev, S. Malitsky et al.: Nat. Commun., 7, 10654 (2016).5) C. Thagun, S. Imanishi, T. Kudo, R. Nakabayashi, K. Ohyama, T. Mori, K. Kawamoto, Y. Nakamura, M. Katayama, S. Nonaka et al.: Plant Cell Physiol., 57, 961 (2016).8) M. Kajikawa, N. Sierro, H. Kawaguchi, N. Bakaher, N. V. Ivanov, T. Hashimoto & T. Shoji: Plant Physiol., 174, 999 (2017).．ERF189とJRE4は，ともにJA応答性などを保持しつつ，それぞれの標的毒性成分が防御物質として機能することを保証するために，組織特異性をそれぞれの系統で独自に変化させてきたのであろう．転写因子とその生合成遺伝子バッテリーは，化学防御に特化した独立のユニットとして，系統ごとに柔軟に進化してきたことがうかがえる．

代謝進化のリクルート説

物質代謝は，生物としての基本的な要件の一つである．原始的な物質変換系は，反応特異性も触媒効率も低く，比較的限られた種類の触媒に依存していたと思われる（図5A図5■代謝経路の出現と酵素機能の変化）．代謝系はその秩序と効率を増加させる方向に進化してきた⁽²³⁾23) J. K. Weng, R. N. Philippe & J. P. Noel: Science, 336, 1667 (2012).．現存する代謝系は，反応特異性と触媒効率が高い酵素に支えられている（図5B図5■代謝経路の出現と酵素機能の変化）．

図5■代謝経路の出現と酵素機能の変化

A: 太古の物質変換系は，触媒効率が低く，反応特異性の低い比較的少数の触媒に依存する．B: 触媒効率や反応特異性が改善されることで一次代謝系が確立された．C: 遺伝子重複により生じた新たなコピーが，変異を蓄積することで新機能分化し，代謝網が拡大される．D: 特定の酵素群の選択とそれら触媒の効率化・特異化を通じて，効率的に二次代謝産物を合成できる経路が出現する．

高度に洗練された触媒である一次代謝酵素を，オリジナルな手本として，遺伝子重複とその後の変異蓄積による新機能分化によって，二次代謝酵素が派生したと考えられる（図5C図5■代謝経路の出現と酵素機能の変化）．特異性と効率性の制約からの解放は，新しい遺伝子の自由な進化を許容した．特異性の喪失が生んだ「曖昧さ（promiscuity）」をもつ多機能性酵素の出現は，代謝網の拡大に貢献した（図5C図5■代謝経路の出現と酵素機能の変化）．基質濃度や発現量が低いために実際には代謝フローにほとんど寄与していない潜在的な酵素も，この代謝網には含まれている（むしろこうした潜在的なものほど淘汰されにくい）．植物の生存に有害であるために，淘汰選択（purifying selection）されない限り，遺伝的浮動（genetic drift）などの中立進化によって，代謝網の獲得は継続したのであろう．独立栄養生物である植物が，光合成産物であり，多少なりとも抗酸化能をもちうる低分子化合物を，液胞などに隔離・蓄積することに大きな不都合は考えにくい．そもそもごく痕跡量で蓄積されるすべての天然物が適応的な意義をもつわけではない⁽²⁴⁾24) E. V. Koonin: BMC Biol., 14, 114 (2014).．

二次代謝産産物を効率的に生合成・蓄積する経路が確立するためには，代謝網の中から，特定の代謝フローが選択されて，再び秩序を高める方向の進化が起こる必要がある（図5D図5■代謝経路の出現と酵素機能の変化）．この過程は，偶然に依存した中立的なものでなく，積極的な正の自然選択（positive natural selection）に主に依存したものであると想像される．

進化的に保存されたJA応答性転写因子のもとに，複数の生合成遺伝子が繰り返しリクルートされることで，新規な代謝レギュロンが確立されるとする仮説「代謝進化のリクルート説」を考えてみたい（図6図6■代謝進化のリクルート説）．代謝網を構成する遺伝子が，シス制御配列を獲得し，転写因子の制御を受けるようになるとき，代謝フローに変化が生じる．こうした変化は，比較的容易に（高い頻度で）起こりうるが，大抵は集団に固定されることなく，すぐに失われてしまうであろう．一方，新たなフローが，防御物質の蓄積などの生存に有利な結果をもたらし，植物の適応度を高める場合，これが固定される確率は格段に上昇する．また，このように有利な代謝フローが一度生じると，フローに沿った遺伝子の活性化や，フローに沿った酵素の特異性や効率の至適化など，代謝フローを強化するイベントも，格段に起こりやすくなる．このように，最初は偶然であった代謝フローの創出も，複数の変異の相乗的な累積を促し，進化的には比較的短い時間で代謝レギュロン・代謝経路の確立に結び付く可能性がある．

図6■代謝進化のリクルート説

複数の生合成酵素遺伝子（a, b, c）が，シス制御配列の獲得（B）を通じて，進化的に保存されたJA応答性ERF転写因子の下に順次リクルートされていく（A）．遺伝子（a）のリクルートに伴う代謝フローの変化は，別の遺伝子（b, c）のリクルートや酵素機能の至適化（b）の可能性を高める．

代謝進化を語るとき，従来，酵素タンパク質機能の進化に力点が置かれてきた^{(23, 25)}23) J. K. Weng, R. N. Philippe & J. P. Noel: Science, 336, 1667 (2012).25) G. D. Moghe & R. L. Last: Plant Physiol., 169, 1512 (2015).．遺伝子が活性化され，酵素が機能的に発現した状態，すなわち十分な代謝フローが存在する状態になければ，タンパク質コード配列の選択や淘汰は起こりえない．転写因子による生合成遺伝子の活性化が，酵素機能の進化的変化に先立つことを仮定することで，上述の仮説はこの点も説明しうる．

Evo-Metaの挑戦

“Nothing in biology makes sense except in the light of evolution”とはDobzhansky博士の言葉である⁽²⁶⁾26) T. Dobzhansky: Am. Biol. Teach., 35, 125 (1973).．ボディプランを司るホメオティック遺伝子の発見は，普遍性の高い形態形成メカニズムの解明とともに，発生過程の進化的な変化を追究するEvo-Devo（進化発生学）の進展に大きく貢献した．形態学や発生学は，伝統的に進化・分類などの領域と親和性が高く，化石に基づく古生物学なども進化生物学を支えている．

二次代謝産物などの化学多様性も，生物進化の賜物である．残念ながら太古の花が何色でどのような香りがしたのかを推し量ることは容易ではない．しかし，現存する植物の有する化学多様性とそれを支えるゲノム多様性は，未解明なものも含めてきわめて膨大である⁽²⁷⁾27) Y. Nakamura, F. M. Afendi, A. K. Parvin, N. Ono, K. Tanaka, A. Hirai Morita, T. Sato, T. Sugiura, M. Altaf-Amin & S. Kanaya: Plant Cell Physiol., 55, e7 (2014).．種々雑多な天然物の収集の時代を経て，今日のわれわれは，生合成経路や酵素の観点から，その多様性はある程度は整理可能な，いわば“むら”のある多様性であることを知っている．実働部隊である生合成酵素のみでなく，それらの指揮系統である転写因子などの制御因子が解明されることで，多種多様な天然物・代謝系に通底する普遍性が明らかにされることが期待される．植物の化学多様性の成り立ちを明らかにするEvo-Meta（進化代謝学）の挑戦は始まったばかりである．