| Project/Area Number |
23K23920
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| Project/Area Number (Other) |
22H02657 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 44040:Morphology and anatomical structure-related
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| Research Institution | Japan Women's University |
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Principal Investigator |
黒岩 常祥 日本女子大学, 理学部, 研究員 (50033353)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
永田 典子 日本女子大学, 理学部, 教授 (40311352)
八木沢 芙美 琉球大学, 研究基盤統括センター, 准教授 (70757658)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000)
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| Keywords | シゾン / メダカモ / オルガネラ / ゲノム形態学 / 超微細構造 / 細胞小器官（オルガネラ） / 微細構造 / 葉緑体 / ミトコンドリア / リソソーム / ペルオキシソーム / オルガネラ分裂装置 / オルガネラ分配装置 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、系統樹の基盤に位置する原始紅藻シゾンと極小緑藻メダカモを使用した。 シゾンにおいて行った100%ゲノム解読、オルガネラ分裂装置機構の解析によるゲノム形態情報を基盤に、オルガネラの分裂と分配機構を解明し、その情報が細胞核分裂と細胞質分裂を誘導するしくみの解明を行う。メダカモにおいてもこの研究の過程で100％完全解読を行い、これを基盤に細胞核とオルガネラの構造解析をする。両者の共通性から、真核植物細胞の分裂・増殖の一般性を解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
真核生物の細胞には、細胞核に加えてミトコンドリア、色素体、ペルオキシソーム、小胞体、ゴルジ体など、基本的には5種のオルガネラが存在する。これまで細胞の分裂増殖の基本機構を解明するため、原始紅藻Cyanidioschyzon merolae (シゾン）を使ってゲノム微細構造学的に調べた。その結果、3種のオルガネラ、ミトコンドリア、色素体、そしてペルオキシソームが、独自の分裂装置を使って2分裂して増えていることを解明した。類似の構造の一部は多細胞生物の葉緑体でも見つかっている。更に、シゾンのペルオキシソームとミトコンドリアでは、亜鈴形となった中心部の収縮を司る分裂装置に加え、亜鈴形となった娘オルガネラの両端に電子密度の高い微細顆粒（分配装値）が現れ、分配を支援していることが示唆された（Nishida et al. 2020, kuroiwa et al 準備中）。ミトコンドリアの分配装置は、5種のオルガネラの分裂の最終情報を細胞核に伝え、細胞質分裂を誘起する役目をしていることが明らかとなった（Kuroiwa et al.準備中）。
植物界の基本2系統の1つである紅藻類の、始原的な部分に位置するシゾンで得られた、細胞・オルガネラのゲノム形態学的情報と、もう一方の始原緑藻のMedakamo hakoo(メダカモ)のそれとの比較により、真核植物の増殖の基本機構が解明できると考えられた。そこで、昨年 メダカモの細胞構造・機能の解析を進めると共に、多くの専門研究者の協力を得て、細胞核の全ゲノム解読（Kato et al 2023)を行い, 続いて、ミトコンドリアと色素体の全ゲノム解読を行った(Takusagawa et al.2023)。細胞核ゲノムの解読論文は20カ国余りで翻訳され、1年を越えた今日でも世界各国からの問い合わせが続いている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
真核植物細胞の分裂増殖機構の解明を目指し、原始紅藻シゾンを使ってミトコンドリア、色素体、ペルオキシソームのようなオルガネラの分裂装置、分裂機構をゲノム形態学的に解明してきた。その延長として、ミトコンドリアとペルオキシソームで分配装置の存在が明らかになってきた。この結果から、更に始原的な緑藻でも、生物の基本的なオルガネラを含む細胞の分裂増殖の基盤が解明できると考えた。
そこで、新たに発見した単細胞緑藻メダカモの、細胞核、ミトコンドリアそして色素体の全ゲノムの解読を遂行した。その結果、メダカモは15.8Mb (Kato et al.2023a), シゾンは16.5Mbとなり、これまで正確にゲノム解析がなされた真核生物中では、メダカモが最少のゲノムサイズであることが分かった。またミトコンドリアゲノムや色素体ゲノムもそれぞれ36.5 kb、90.8 kb(Takusagawa et al. 2023b)で、他の生物と大きく変わることはなかった。メダカモにおいても分裂増殖機構のゲノム形態学的解明を開始した。
メダカモはシゾンと同様に高度同調培養が可能(Kato et al.2023a)、オルガネラの単離が可能であることから、単細胞緑藻の応用研究の展開が大いに期待させる。メダカモのゲノムの論文が発表されると、この一年余り、世界中の研究者から、現在でも毎週2-3回の講演・執筆依頼等の問い合わせが続いている。
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| Strategy for Future Research Activity |
単細胞紅藻シゾンでは、ゲノム形態学的に細胞増殖におけるオルガネラの増殖の関与が分かってきており、これを基盤に、単細胞緑藻メダカモで比較解析を進めたい。現在未発表ながらミトコンドリアや色素体の分裂装値の存在が示唆されている。単細胞の紅藻と緑藻の両始原的な藻類の完全ゲノム解読を基盤に、オルガネラの微細構造を含め両方を比較することにより、真核植物の基本をゲノム形態学的に解明できると考えている。
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