Unveiling the evolution of monoecious/dioecious species based on the analysis of OTOKOGI genes from non-model species of Volvox

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K14580
• 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(理学部), 准教授 (40250104)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: ボルボックス / 雌雄胴体 / 雌雄異体 / OTOKOGI遺伝子 / 進化 / ホモタリック / ヘテロタリック / 祖先状態再構成

Outline of Annual Research Achievements

本研究ではホモタリック種 V. africanus とヘテロタリック種 V. reticuliferus、ならびに、これら2 種とは系統的に大きく離れた「ホモタリック雌雄同体」V. ferrisii のMID/OTOKOGI オーソログを探索した (Yamamoto et al. Nozaki [員数9, 9番目]2017, PLOS ONE 12: e0180313)。その結果、これらホモタリック2種でMID/OTOKOGI オーソログの存在を明らかにした。また、得られたホモタリック 2 種と ボルボックス科ヘテロタリック数種のMID/OTOKOGI の外群からの同義・非同義置換率を調査したところ、同レベルの機能的制約がMID/OTOKOGI に働いていることが示唆され、ボルボックスのホモタリック種とヘテロタリック種に共通の「精子形成」というMID/OTOKOGI の機能が推測された。また、ホモタリックV. africanus におけるmRNA の群体別の発現解析から、雌雄同体群体ではMID/OTOKOGIの発現が抑制されることが明らかになった。更に、ボルボッス系列全体の祖先状態再構成（Ancestral state reconstruction）を実施して生殖形質の進化方向を推測した。その結果、ボルボックス系列の祖先状態再構成を実施し、これら２種を含む系統ではヘテロタリックからホモタリックが進化したと推定された（Hanschen et al. Nozaki [員数6, 5番目], Evolution 72-2: 386）。 従って、ヘテロタリックの祖先種のオスから MID/OTOKOGI 発現調節機能を獲得してホモタリック種の V. africanus が進化したという仮説を提唱した(Yamamoto et al. 2017)。

Research Products

• [Int'l Joint Research] アリゾナ大学/Donald Danforth Plant Science Center(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: アリゾナ大学/Donald Danforth Plant Science Center
• [Journal Article] Anisogamy evolved with a reduced sex-determining region in volvocine green algae (2018)
  • Author(s): Hamaji Takashi、Kawai-Toyooka Hiroko、Uchimura Haruka、Suzuki Masahiro、Noguchi Hideki、Minakuchi Yohei、Toyoda Atsushi、Fujiyama Asao、Miyagishima Shin-ya、Umen James G.、Nozaki Hisayoshi
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 1 Pages: 17
  • DOI: 10.1038/s42003-018-0019-5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Molecular evolutionary analysis of a gender-limited MID ortholog from the homothallic species Volvox africanus with male and monoecious spheroids (2017)
  • Author(s): Yamamoto Kayoko、Kawai-Toyooka Hiroko、Hamaji Takashi、Tsuchikane Yuki、Mori Toshiyuki、Takahashi Fumio、Sekimoto Hiroyuki、Ferris Patrick J.、Nozaki Hisayoshi
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 12 Pages: e0180313
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0180313
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Repeated evolution and reversibility of self-fertilization in the volvocine green algae* (2017)
  • Author(s): Hanschen Erik R.、Herron Matthew D.、Wiens John J.、Nozaki Hisayoshi、Michod Richard E.
  • Journal Title: Evolution Volume: 72 Pages: 386～398
  • DOI: 10.1111/evo.13394
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 性進化と多細胞化のモデル生物群「緑藻ボルボックス目」のボルボックス2種のゲノム解析 (2018)
  • Author(s): 山本荷葉子、浜地貴志、豊岡博子、新垣陽子、野口英樹、水口洋平、豊田敦、野崎久義
  • Organizer: 「新学術先進ゲノム支援」2017拡大班会議
• [Presentation] Volvocine green algae inviting you to 200 MYA time travel for evolution of female-male and muticellularity (2018)
  • Author(s): Nozaki, H.
  • Organizer: Biology Colloquium, Department of Biological Sciences, Faulty of Science, National University of Singapore
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Mating type locus-like regions in the homothallic species Volvox africanus (2017)
  • Author(s): Yamamoto, K., Hamaji, T., Kawai-Toyooka, H., Noguchi, H., Minakuchi, Y., Toyoda, A. and Nozaki, H.
  • Organizer: The Fourth International Volvox Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Evolution of self-fertilization in the volvocine green algae (2017)
  • Author(s): Hanschen, E., Herron, M. D., Wiens, J. J., Ferris, P. J., Nozaki, H. and Michod, R. E.
  • Organizer: The Fourth International Volvox Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Systematics and evolution of freshwater algae (2017)
  • Author(s): Nozaki, H.
  • Organizer: Special Seminar, Department of Biology, Faculty of Science, Khon Kaen University
  • Int'l Joint Research / Invited