植物細胞感染性リケッチアを用いたミトコンドリア共生初期過程の研究

• Project Area: "Matryoshka"-type evolution of eukaryotes
• Project/Area Number: 26117708
• 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, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (40250104)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000); Fiscal Year 2015: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2014: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 細胞内共生 / リケッチア / ゲノム / 植物細胞 / 遺伝水平伝達 / ミトコンドリア

Outline of Annual Research Achievements

球状の群体をつくる緑藻、ボルボックス・カルテリ（Volvox carteri）には、日本やアメリカなど世界各地から採集された培養株が存在する。先行研究ではそのうち、アメリカ・カンザス州から採集されたただ一つの株にだけ、細胞内に "リケッチア科" に属する細菌、"MIDORIKO" が共生していることが発見されていた。一方、日本産のボルボックス・カルテリの株 EVE は、モデル生物として分子生物学的研究によく用いられ、ゲノムが解読されているが、EVE には MIDORIKO は共生していないことが確認されてた。
我々はボルボックス・カルテリの株 EVE のゲノム情報と、新たに解読した MIDORIKO のドラフトゲノム情報を比較することで、EVE のゲノム中に MIDORIKO の遺伝子に由来する配列が含まれていることを発見した。この発見は、過去に EVE の細胞内に MIDORIKO が生息していたことがあり、現在までに消えてしまったことを明らかにした。このような現象は EVE 以外にも多くのボルボックス・カルテリの株で発見された。さらに、過去にボルボックス・カルテリの細胞内に生息していたとされる MIDORIKO は、現在カンザス州産の株と共生しているものとは異なり、別の緑藻プレオドリナ（Pleodorina japonica）に共生している MIDORIKO により近縁であることが系統解析により示された。
本成果はこれまでごく限られた緑藻にのみ共生していると考えられていた MIDORIKO が、様々な緑藻に感染し、消失するという複雑な生態を持つ可能性を示唆さした。今後、様々な緑藻のゲノム情報が明らかになることで、さらに MIDORIKO による「隠れた共生」の証拠が発見されることが期待される。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 上海大学(中国)
• [Journal Article] A new type of 3D peripheral ultrastructure in Glaucocystis (Glaucocystales, Glaucophyta) as revealed by ultra-high voltage electron microscopy. (2016)
  • Author(s): Takahashi, T., Nishida, T., Saito, C., Yasuda, H. and Nozaki, H.
  • Journal Title: J. Phycol. Volume: 52 Issue: 3 Pages: 486-490
  • DOI: 10.1111/jpy.12412
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Two different rickettsial bacteria invading Volvox carteri. (2015)
  • Author(s): Kawafune, K., Hongoh, Y., Hamaji, T., Sakamoto, T., Kurata, T., Hirooka, S., Miyagishima, SY. and Nozaki, H.
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 10 Issue: 2 Pages: e0116192-e0116192
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0116192
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Ultra-high voltage electron microscopy of primitive algae illuminates 3D ultrastructures of the first photosynthetic eukaryote. (2015)
  • Author(s): Takahashi, T., Nishida, T., Saito, C., Yasuda, H. and Nozaki, H.
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 5 Issue: 1 Pages: 14735-14735
  • DOI: 10.1038/srep14735
  • NAID: 120006348506
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Phylogenomic analysis of “red” genes from two divergent species of the “green” secondary phototrophs, the chlorarachniophytes, suggests multiple horizontal gene transfers from the red lineage before the divergence of extant chlorarachniophytes. (2014)
  • Author(s): Yang, Y., Matsuzaki, M., Takahashi, F., Qu, L. and Nozaki, H.
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 9 Issue: 6 Pages: e101158-e101158
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0101158
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Acidophilic Green Alga Pseudochlorella sp. YKT1 Accumulates High Amount of Lipid Droplets under a Nitrogen-depleted Condition at a Low-pH (2014)
  • Author(s): Hirooka, S., Higuchi, S., Uzuka, A., Nozaki, H., and Miyagishima, S.
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 9 Issue: 9 Pages: e107702-e107702
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0107702
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Five Cyanophora (Cyanophorales, Glaucophyta) species delineated based on morphological and molecular data. (2014)
  • Author(s): Takahashi, T., Sato, M., Toyooka, K., Matsuzaki, R., Kawafune, K., Kawamura, M., Okuda, K. and Nozaki, H.
  • Journal Title: J. Phycol. Volume: 50 Issue: 6 Pages: 1058-1069
  • DOI: 10.1111/jpy.12236
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 植物感染性リケッチアのゲノム解読 (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、松崎素道、本郷裕一、野崎久義
  • Organizer: 「マトリョーシカ型進化原理」平成２７年度全体班会議
  • Place of Presentation: 東海大学高輪キャンパス（東京都・品川区）
  • Year and Date: 2016-01-09
• [Presentation] Genome sequence and glycolysis pathway of the rickettsial endosymbiont of the green alga (2015)
  • Author(s): Kawafune, K., Kuwahara, H, Hongoh, Y., Sakamoto, T., Kurata, T., Hirooka, S., Miyagishima, S. Matsuzaki, M. and Nozaki, H.
  • Organizer: 2nd International Symposium & 4th Annual Research Meeting on Matryoshika-type Evolution of Eukaryotic Cells
  • Place of Presentation: University Hall of University of Tsukuba, Tsukuba, Japan
  • Year and Date: 2015-09-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ultra-high voltage electron microscopy of primitive algae illuminates 3D ultrastructures of the first photosynthetic eukaryote (2015)
  • Author(s): Takahashi, T., Nishida, T., Saito, C., Yasuda, H. and Nozaki, H.
  • Organizer: 2nd International Symposium & 4th Annual Research Meeting on Matryoshika-type Evolution of Eukaryotic Cells,
  • Place of Presentation: University Hall of University of Tsukuba, Tsukuba, Japan
  • Year and Date: 2015-09-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 植物細胞から探る現在進行形のマトリョーシカ型の進化～未来のミドリムシは何色？～ (2015)
  • Author(s): 野崎久義
  • Organizer: 「マトリョーシカフェ14」
  • Place of Presentation: 東急ハンズ渋谷店 ハンズカフェHINT7（東京都・渋谷区）
  • Year and Date: 2015-09-11
  • Invited
• [Presentation] 原始的一次植物灰色藻の外被の立体微細構造を超高圧電顕3Dが解き明かす (2015)
  • Author(s): 高橋紀之、西田倫希、齊藤知恵子、保田英洋、野崎久義
  • Organizer: 原始的一次植物灰色藻の外被の立体微細構造を超高圧電顕3Dが解き明かす
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ：新潟コンベンションセンター（新潟県・新潟市）
  • Year and Date: 2015-09-05
• [Presentation] ゲノム情報に基づく植物細胞感染性リッケチアのホストへの遺伝子水平伝達 (2015)
  • Author(s): 川舩 かおる、本郷 裕一、松崎 素道、野崎 久義
  • Organizer: 「マトリョーシカ型進化原理」平成２６年度全体班会議
  • Place of Presentation: 東京大学理学部２号館講堂（東京都・文京区）
  • Year and Date: 2015-01-10
• [Presentation] 緑藻ボルボックス目のゲノムに生じたリケッチア遺伝子水平伝播の探索 (2015)
  • Author(s): 川舩かおる、桑原宏和、本郷裕一、森稔幸、松崎素道、野崎久義
  • Organizer: 「マトリョーシカ型進化原理」平成２６年度全体班会議
  • Place of Presentation: 東京大学理学部２号館講堂（東京都・文京区）
  • Year and Date: 2015-01-10
• [Presentation] “200 MY time Travel” for origin of female and male genders by driving the evolutionary time machine “colonial Volvocales (2014)
  • Author(s): Nozaki, H.
  • Organizer: (DBS Special Seminar, Division of Biological Sciences, University of Montana
  • Place of Presentation: University of Montana, Missoula, Montana, USA
  • Year and Date: 2014-07-30
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 植物細胞感染性リケッチアの発見と研究の展開 (2014)
  • Author(s): 野崎 久義、松崎 素道、本郷 裕一、川舩 かおる
  • Organizer: 第３回マトリョーシカ型生物学研究会
  • Place of Presentation: 神戸大学百年記念館六甲ホール（兵庫県・神戸市）
  • Year and Date: 2014-07-11
• [Presentation] 緑藻ボルボックスにおける植物感染性リケッチアの共生と遺伝子水平伝播 (2014)
  • Author(s): 川舩かおる、本郷裕一、浜地貴志、坂本智昭、倉田哲也、廣岡俊亮、宮城島進也、野崎久義
  • Organizer: 第３回マトリョーシカ型生物学研究会
  • Place of Presentation: 神戸大学百年記念館六甲ホール（兵庫県・神戸市）
  • Year and Date: 2014-07-11
• [Remarks] 世界最高加速電圧の電子顕微鏡が明らかにした原始植物細胞の姿
  • URL: http://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2015/47.html