オルガネラ成立過程の初期段階を緑藻細胞内共生リケッチアを用いて解明する

• Project/Area Number: 15J09494
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Evolutionary biology
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 川舩 かおる 東京工業大学, 生命理工学院, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2016: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2015: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 細胞内共生 / 遺伝子水平伝播 / ゲノム進化 / リケッチア / 緑藻 / ゲノム配列 / バクテリアゲノム / de novo アセンブリ

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題は、緑藻細胞内に共生するリケッチア"Candidatus Megaira polyxenophila"（通称 “MIDORIKO"）のゲノム情報を用いて、細胞内共生体遺伝子水平伝播の段階的発展によってバクテリア共生体がホストによる制御を受ける過程を解明することを目的とする。
前年度解読したMIDORIKOゲノム配列を用いて、近縁リケッチア目バクテリアには存在しない遺伝子を探索し、系統解析を実施した。結果、スペルミジン/プトレシントランスポータをコードするオペロンのアミノ酸配列が、デルタ・ガンマプロテオバクテリアと近縁な位置関係となり、他綱のバクテリアの水平伝播に由来すると推測された。スペルミジンは細胞内バクテリアにおいて細胞内環境への適応に関与すると考えられており、MIDORIKOはホスト細胞内環境への適応の過程でオペロンを獲得した可能性がある。
また、MIDORIKOからホストへの細胞内共生体遺伝子水平伝播の規模を解明するため、東京農業大学と共同で、ホスト緑藻カルテリアNIES-425株（ホスト株）および非ホストカルテリアNIES-424株（対照株）のトランスクリプトーム解析を実施した。結果、ホスト株と対照株双方のトランスクリプトームデータから、MIDORIKO遺伝子配列に類似した配列を断片的に持つ転写産物を発見したが、発現量は低く、真核生物の遺伝子発現構造を持たなかった。対照株から発見されたMIDORIKO類似配列はホスト株とは異なるため、コンタミネーションではなく、過去にMIDORIKOに近縁なリケッチアが一時的に共生し、消失した可能性がある。
本研究から、相互依存的な共生関係が成立していない段階でも、既に細胞内共生体遺伝子水平伝播の初期段階である、共生体配列のホストゲノムへの水平伝播が生じうる一方、機能遺伝子として発現するまでには至らないことが推測された。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Taxonomic Study of <i>Pyrobotrys</i> (Spondylomoraceae, Chlorophyceae) Based on Comparative Morphological and Molecular Analyses of Culture Strains Established Using Novel Methods (2015)
  • Author(s): Sugasawa, M., Matsuzaki, R., Kawafune, K., Takahashi, T., Kawachi, M., Krienitz, L. and Nozaki, H.
  • Journal Title: CYTOLOGIA Volume: 80 Issue: 4 Pages: 513-524
  • DOI: 10.1508/cytologia.80.513
  • NAID: 130005118539
  • ISSN: 0011-4545, 1348-7019
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 光合成生物の細胞質内に共生するリケッチアのゲノム解析 (2017)
  • Author(s): 川舩 かおる、桑原 宏和、坂本 智昭、倉田 哲也、廣岡 俊亮、宮城島 進也、松崎 素道、野崎 久義、本郷 裕一
  • Organizer: 第50回日本原生生物学会大会-第1回日本共生生物学会大会
• [Presentation] 緑藻共生リケッチアのゲノムから植物細胞内への共生メカニズムを探る (2016)
  • Author(s): 川舩かおる、桑原宏和、坂本智昭、倉田哲也、廣岡俊亮、宮城島進也、野崎久義、本郷裕一
  • Organizer: 日本植物学会第80回大会（シンポジウム「次世代シークエンス×藻類学=次世代藻類学」）
  • Place of Presentation: 沖縄コンベンションセンター、沖縄
• [Presentation] Genome sequence and glycolysis pathway of the rickettsial endosymbiont of the green alga. (2015)
  • Author(s): Kaoru Kawafune, Hirokazu Kuwahara, Yuichi Hongoh, Tomoaki Sakamoto, Tetsuya Kurata, Shunsuke Hirooka, Shin-ya Miyagishima, Motomichi Matsuzaki and Hisayoshi Nozaki
  • Organizer: 2nd International Symposium on Matryoshka-type Evolution of Eukaryotic Cells
  • Place of Presentation: 筑波大学
  • Year and Date: 2015-10-01
  • Int'l Joint Research