接合突起の比較解析に基づく同型配偶子の接着と融合の分子メカニズムの解明

• Project Area: Elucidation of Common Mechanisms for Allogeneic Authentication in Animals and Plants
• Project/Area Number: 22112505
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 野崎 久義 東京大学, 大学院・理学系研究科, 准教授 (40250104)
• Project Period (FY): 2010 – 2012
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥9,230,000 (Direct Cost: ¥7,100,000、Indirect Cost: ¥2,130,000); Fiscal Year 2011: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2010: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: 同型配偶子 / 接合突起 / 配偶子融合 / 配偶子接着 / 片親遺伝

Research Abstract

ゴニウム(Gonium pectorale)のBACライブラリを用いた交配型プラスの性染色体領域の解読から、クラミドモナス(Chlamydomonas reinhardtii)でしか知られていなかった配偶子接着タンパクの遺伝子FUS1のホモログGpFUS1を発見した。GpFUS1はクラミドモナスと同様にプラス交配型のゲノムだけに存在する性特異的遺伝子であり、配偶子誘導で発現が上昇した。また、昨年度開発した方法(Mogi et al.2012, J.Phycol.in press)を用いて、ゴニウムのプラスとマイナスの交配型を単独で性誘導し、両交配型で細胞壁を離脱した接合突起を発達させた配偶子を誘導し、免疫染色の結果、ゴニウムのプラス交配型の接合突起の先端にGpFUS1の局在が検出された。一方、ゴニウムの両交配型の全ゲノム解読の結果、配偶子融合タンパクの遺伝子GCS1のホモログGpGCS1を発見した。GpGCS1はクラミドモナスと同様にプラスとマイナスの両交配型のゲノムに存在する性特異的遺伝子であり、配偶子誘導でマイナス交配型だけで発現が上昇した。同型配偶のマイナス型はオスと相同であると考えられているので(Nozaki et al.Curr.Biol)、GCS1遺伝子の普遍的な片側の性(オス、マイナス交配型)の発現特性が再確認された。
また、原核生物が真核生物に共生することも細胞間の認証と合体である。本年度我々は、1970年以来未解明であった緑藻類ボルボックス目の細胞内に共生するバクテリアの分子同定に成功し、世界で初めて植物細胞内に感染するリケッチア科のバクテリア"MIDORIKO"を発見した。"MIDORIKO"は植物細胞に感染し、宿主に危害を与えることなく増殖していた。リケッチア科はミトコンドリアの祖先に近縁と考えられており、宿主の植物細胞とそんなに悪くない「まずまずの関係」で生育する"MIDORIKO"の発見は、今後の医学及びミトコンドリアの初期進化過程の研究に大いに役立つと期待される。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

ゴニウムのプラスとマイナスの交配型を単独で性誘導し、両交配型で細胞壁を離脱した接合突起を発達させた配偶子を誘導することに成功し(Mogi et al.2012, J.Phycol.in press)、プラス交配型の接合突起の先端に配偶子接着タンパクのホモログGpFUS1の局在が検出され、配偶子融合タンパクGCS1のホモログ遺伝子をゴニウムから得ることに成功した。即ち、配偶子接着と融合に関する遺伝子を得る事ができ、これらの遺伝子の一般性が確認でき、相互作用因子の探索への基盤を作ったので。

Strategy for Future Research Activity

今後、両交配型の配偶子が接合突起をもつゴニウムを用いて接合突起の単離をプラスとマイナスの両交配型で実施し、単離した接合突起を用いてタンパク質プロファイルの比較をプラスとマイナスの交配型で実施する。次に、プラスとマイナスで異なるプロファイルのタンパク質をプロテインシーケンス・TOFMS解析で同定する。その結果、これまでにクラミドモナスで不明であったFUS1とGCS1の相互作用因子とその遺伝子を特定する。次に、様々な分子遺伝学的方法が可能であるクラミドモナスを用いて、これらの遺伝子のオーソログに関する分子遺伝学的解析を実施する。その結果、アロ認証で基本的かつ重要と考えられる配偶子の「接着」から「融合」に至る分子メカニズムを明らかにする。

Research Products

• [Journal Article] Molecular identification of rickettsial endosymbionts in the non-phagotrophic volvocalean green algae (2012)
  • Author(s): Kawafune, K.
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Description of two new monoecious species of Volvox sect.Volvox (Volvocaceae, Chlorophyceae), based on comparative morphology and molecular phylogeny of cultured material (2012)
  • Author(s): Nanako Isaka
  • Journal Title: Journal of Phycology Volume: (印刷中) Issue: 3 Pages: 759-767
  • DOI: 10.1111/j.1529-8817.2012.01142.x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] EVIDENCE FOR TUBULAR MATING STRUCTURES INDUCED IN EACH MATING TYPE OF HETEROTHALLIC GONIUM PECTORALE (VOLVOCALES, CHLOROPHYTA) (2012)
  • Author(s): Mogi Y, Hamaji T, Suzuki M, Ferris P, Mori T, Kabeya Y, Miyagishima S, Nozaki H
  • Journal Title: Journal of Phycology Volume: 47(印刷中) Issue: 3 Pages: 670-674
  • DOI: 10.1111/j.1529-8817.2012.01149.x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Morphology and molecular relationships of Leptofauchea leptopbylla comb.nov.(Rhodymeniales, Rhodophyta) from Japan (2012)
  • Author(s): Suzuki, M.
  • Journal Title: Phycologia Volume: 51(印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Anew species of Volvox sect. Merrillosphaera(Volvocaceae, Chlorophyceae) from Texas (2011)
  • Author(s): Nozaki, H. & Coleman, A. W.
  • Journal Title: J. Phycol. Volume: 47 Issue: 3 Pages: 673-679
  • DOI: 10.1111/j.1529-8817.2011.00975.x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Uniparental Inheritance of chloroplast DNA is strict in the isogamous volvocalean Gonium (2011)
  • Author(s): Setohigashi, Y.
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Morphology, molecular phylogeny and taxonomy of Gonium maiaprilis sp.nov.(Goniaceae, Chlorophyta) from Japan (2010)
  • Author(s): Hayama, M.
  • Journal Title: Phycologia Volume: 49 Pages: 221-234
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evolution of an expanded sex determining region in Volvox (2010)
  • Author(s): Ferris, P.
  • Journal Title: Science Volume: 328 Pages: 351-354
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The phylogenetic position of Pyrobotrys Arnoldi (Spondylomoraceae, Volvocales) (2010)
  • Author(s): Nakada, T.
  • Journal Title: J.Eukaryot.Microbiol. Volume: 57 Pages: 379-382
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Light and electron microscopy and molecular phylogenetic analyses of Chloromonas pseudoplatyrhyncha (Volvocales, Chlorophyceae) (2010)
  • Author(s): Matsuzaki, R.
  • Journal Title: Phycol.Res. Volume: 58 Pages: 202-209
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Volvulina compacta (Volvocaceae, Chlorophyceae), new to Japan, and its phylogenetic position (2010)
  • Author(s): Nakada, T.
  • Journal Title: J.Jpn.Bot. Volume: 85 Pages: 364-369
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 接合突起の比較解析に基づく同型配偶子の接着と融合の分子メカニズムの解明 (2012)
  • Author(s): 野崎久義
  • Organizer: 新学術領域研究「動植物アロ認証」第4回領域会議
  • Place of Presentation: 筑波大学、つくば市(招待講演)
  • Year and Date: 2012-01-11
• [Presentation] ゴニウムの性単独誘導による両交配型での観察 (2012)
  • Author(s): 鈴木雅大
  • Organizer: 新学術領域研究「動植物アロ認証」第4回領域会議
  • Place of Presentation: 筑波大学、つくば市
  • Year and Date: 2012-01-11
• [Presentation] 雌雄進化への前段階「両方向的接合突起」の性単独誘導による両交配型での観察 (2011)
  • Author(s): 野崎久義
  • Organizer: 日本植物学会第75回大会
  • Place of Presentation: 東京大学駒場キャンパス、東京都
  • Year and Date: 2011-09-18
• [Presentation] 群体性ボルボックス目同型配偶緑藻Gonium pectoraleにおける性決定遺伝子領域のゲノム解析 (2011)
  • Author(s): 浜地貴志
  • Organizer: 日本植物学会第75回大会
  • Place of Presentation: 東京大学駒場キャンパス、東京都(招待講演)
  • Year and Date: 2011-09-17
• [Presentation] 色素体DNAの片親遺伝は意外と厳密?～緑藻ゴニウム・マイアプリリスを用いた遺伝解析～ (2011)
  • Author(s): 野崎久義
  • Organizer: 日本植物形態学会第23回大会
  • Place of Presentation: 日本女子大学、東京都
  • Year and Date: 2011-09-16
• [Presentation] ゴニウムの単一の性配偶子誘導系の開発と比較プロテオミクスによる配偶子融合機構の解析 (2011)
  • Author(s): 茂木祐子
  • Organizer: 新学術領域研究「動植物アロ認証」第3回領域会議
  • Place of Presentation: 関西セミナーハウス、京都市(招待講演)
  • Year and Date: 2011-06-30
• [Presentation] 群体性ボルボックス目の同型配偶ゴニウムを用いた有性生殖の研究 (2011)
  • Author(s): 浜地貴志
  • Organizer: 新学術領域研究「動植物アロ認証」第2回領域会議
  • Place of Presentation: 山形屋、下呂温泉(岐阜県)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-01-12
• [Presentation] 群体性ボルボックス目の性染色体領域の解読から雌雄の起源と進化を探る (2010)
  • Author(s): 野崎久義
  • Organizer: 染色体学会第61回太会企画シンポジュウム「藻類ゲノムの最前線」
  • Place of Presentation: 東邦大学、船橋市(千葉県)(招待講演)
  • Year and Date: 2010-11-05
• [Presentation] メスとオスのはじまりの謎をボルボックスの仲間で解く (2010)
  • Author(s): 野崎久義
  • Organizer: 公開セミナー、琉球大学理学部海洋自然科学科
  • Place of Presentation: 琉球大学、西原町(沖縄県)(招待講演)
  • Year and Date: 2010-10-19
• [Presentation] 群体性ボルボッックス目の研究から解き明かされるメスとオスの起源 (2010)
  • Author(s): 野崎久義
  • Organizer: 千葉県立中央博物館・自然誌シンポジウム「宮部金吾生誕150周年記念、日本の藻類学は今!」
  • Place of Presentation: 千葉県立中央博物館、千葉市(招待講演)
  • Year and Date: 2010-07-17
• [Presentation] 群体性ボルボッックス目を用いた配偶子の接着と融合の分子メカニズムの解明 (2010)
  • Author(s): 野崎久義
  • Organizer: 新学術領域研究「動植物アロ認証」第1回領域会議
  • Place of Presentation: 名古屋大学、名古屋市(愛知県)(招待講演)
  • Year and Date: 2010-07-14
• [Presentation] Studies of the colonial volvocalean algae unveiling the origin of male and female…Discovery of a male-specific gene "OTOKOGI" and female-limited "HIBOTAN" genes-- (2010)
  • Author(s): Nozaki, H.
  • Organizer: The 1439th Biological Symposium
  • Place of Presentation: 国立遺伝学研究所、三島市(靜岡県)(招待講演)
  • Year and Date: 2010-06-30
• [Remarks] 東京大学大学院理学系研究科プレスリリース
  • URL: http://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2012/09.html