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Revealing the mechanism behind pronuclear selection in Tetrahymena thermophila

Research Project

Project/Area Number 21K20643
Research Category

Grant-in-Aid for Research Activity Start-up

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section 0701:Biology at molecular to cellular levels, and related fields
Research InstitutionNihon University

Principal Investigator

AKEMATSU Takahiko  日本大学, 文理学部, 助教 (90906637)

Project Period (FY) 2021-08-30 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywordsテトラヒメナ / 繊毛虫類 / 配偶子 / 核 / 核膜 / 運命決定 / 繊毛虫 / 有性生殖 / 配偶子形成
Outline of Research at the Start

テトラヒメナは、大核と小核という2種類の核をもつ単細胞生物である。有性生殖中の大核と小核は、発達段階に応じて特定の細胞領域へ移動し、分裂や崩壊を伴って次世代の新大核と新小核を作る。このことから、個々の核の運命を決定付ける機能領域の存在が想定されているが、その実体は明らかになっていない。本研究では、減数分裂を通じて作られる4個の等価な半数体小核のうち、1核のみが受精可能な配偶子(核)として選択される分子基盤の解明に挑む。さらに、配偶核としての運命遂行に必要な分子が特異的に供給される仕組みも併せて解析する。得られた研究結果から、細胞内に落とし込まれた巧妙な配偶子形成様式の理解を目指す。

Outline of Final Research Achievements

Unlike other eukaryotes, the ciliated protist Tetrahymena has both germline and soma in a single cell as two spatially separate nuclei, germline (micro-) and somatic (macro-) nuclei, and the lifecycle is performed between the two types of nuclei without fusion or disintegration of the individual cells. During sexual reproduction in Tetrahymena, cells of complementary mating type pair undergo simultaneous meiosis and fertilize each other. In both mating partners only one of the four meiotic products is selected to gives rise to gametic pronuclei. In this study, we screened genes that show a high expression level in the pre-zygotic period of mating and found two genes (Dear3, Mfs1) as essential factors for selective gametogenesis and the subsequent reciprocal fertilization. This finding provides a new insight into understanding the core and diversified parts of eukaryotic sexual reproduction.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

繊毛虫類の有性生殖は、動物の精子と卵に見られるような細胞の融合を伴うことなく、異性細胞間での核の交換により行われる点で極めてユニークである。この仕組みの解明は、より広い真核生物における有性生殖の多彩性を理解するための重要な研究課題である。本研究で得られた成果は、核を単位とした配偶子形成に必須な新規遺伝子を明らかにしたものである。配偶子形成に必要な遺伝子には、繊毛虫類に特異的なものと、多くの生物に広く保存されているものが含まれる。今後の研究の進展により、真核生物がもつ配偶子形成メカニズムの共通性と、進化的なバリエーションの理解に繋がると期待される。

Report

(3 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2023 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (4 results)

  • [Int'l Joint Research] ウィーン大学(オーストリア)

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] トロント州立大学(カナダ)

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Journal Article] Autophagy in protists and their hosts: When, how and why?2023

    • Author(s)
      Patricia Silvia Romano, Takahiko Akematsu, Sebastien Besteiro, Annina Bindschedler, Vern B. Carruthers, Zeinab Chahine, Isabelle Coppens, et al.
    • Journal Title

      Autophagy Reports

      Volume: 2 Issue: 1 Pages: 2149211-2149211

    • DOI

      10.1080/27694127.2022.2149211

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Snf2 Proteins Are Required to Generate Gamete Pronuclei in Tetrahymena thermophila2022

    • Author(s)
      Fukuda Yasuhiro、Akematsu Takahiko、Bando Hironori、Kato Kentaro
    • Journal Title

      Microorganisms

      Volume: 10 Issue: 12 Pages: 2426-2426

    • DOI

      10.3390/microorganisms10122426

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 繊毛虫テトラヒメナの配偶核形成におけるSemi1とSemi2タンパク質の協調作用2022

    • Author(s)
      明松隆彦, 福田康弘, 岩本政明
    • Organizer
      第55回日本原生生物学会大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 繊毛虫テトラヒメナの配偶核形成におけるSemi1の働き2021

    • Author(s)
      明松 隆彦, Rosalia Sanchez-Fernandez, Felix Kosta, Elisabeth Holzer, Josef Loidl
    • Organizer
      第54回日本原生生物学会大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] テトラヒメナの二価染色体形成における減数第一分裂前期特異的タンパク質Mep1の役割2021

    • Author(s)
      福田 康弘 , 明松 隆彦 , 岩本 政明 , 伴戸 寛徳 , 加藤 健太郎
    • Organizer
      第54回日本原生生物学会大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 繊毛虫テトラヒメナの二価染色体形成におけるSnf2様タンパク質の役割2021

    • Author(s)
      福田康弘、明松隆彦、岩本政明、伴戸寛徳、加藤健太郎
    • Organizer
      第44回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2021 Research-status Report

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Published: 2021-10-22   Modified: 2024-01-30  

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