2016 Fiscal Year Annual Research Report
Transition to multicellularity and evolution of female-male genders based on whole genome data
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16H02518
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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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)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮城島 進也 国立遺伝学研究所, 細胞遺伝研究系, 教授 (00443036)
関本 弘之 日本女子大学, 理学部, 教授 (20281652)
西山 智明 金沢大学, 学際科学実験センター, 助教 (50390688)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 多細胞化 / 雌雄性 / 進化 / 群体性ボルボックス目 / 性特異的遺伝子 / ゲノム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ボルボックス系列緑藻の同型配偶ヤマギシエラ（Yamagishiella）と異型配偶ユードリナ（Eudorina）は、無性生殖と体制で顕著な差が見られないにもかかわらず有性生殖過程が異なり、雌雄性獲得前後の状態が現存しているといえる。本年度はこれらの両生物の両性のde novo 全ゲノム配列データから既知の性特異的コード遺伝子のホモログとその有無を探索し、性決定領域を見出した。両者の性染色体領域は極めて小さく、オス（マイナス交配型）では性特異的遺伝子MIDだけが共通していた。このことはMIDの制御下の常染色体領域の遺伝子が同型配偶のマイナス交配型から異型配偶のオスの進化に大きく貢献していること示唆する（浜地ら 2016, 日本植物学会第80回大会発表）。
ボルボックス系列のうち、平板状群体から球状群体への進化は、ボルボックス科(Volvocaceae)と、ゴニウム科のアストレフォメネ属(Astrephomene)の、2つの系統で独立に起こったとされています。このうちボルボックス科は発生過程において、自身の細胞層を裏返す「反転」という特徴的な形態形成運動を行なうが、アストレフォメネは発生過程で反転を行なわずに球状群体を形成することが知られていた。しかし、これまでアストレフォメネの詳細な発生学的解析は行なわれていなかった。本年度は、野外試料より確立したアストレフォメネの新規培養株と、ボルボックス科の比較対象としてユードリナ(Eudorina)を用いて、光学顕微鏡タイムラプス撮影による発生の詳細な連続観察を行なった。アストレフォメネでは各細胞質分裂の間に娘原形質体の回転が起こり、それによって細胞分裂面の角度が変化することで細胞層が徐々に球状となっていくことが示唆された（Yamashita et al. 2016, BMC Evol. Biol.）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
次世代シーケンサーPacBioとIllumiaを用いて構築した群体性ボルボックス目の代表的な中間的進化段階の生物（同型配偶ヤマギシエラ、異型配偶ユードリナ）の両性のドラフト全ゲノム配列から両者の性染色体領域が確定して論文としてまとまりつつある。また、両生物のオルガネラゲノムの論文も印刷中（Hamaji et al. 2016, Genome Biology & Evolution）であるから。
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| Strategy for Future Research Activity |
同型配偶ヤマギシエラ、異型配偶ユードリナ）の両性のドラフト全ゲノム配列から確定した性染色体領域は極めて小さく、オス（マイナス交配型）では性特異的遺伝子MIDだけが共通していた。従って、MIDの制御下の常染色体領域の遺伝子が同型配偶のマイナス交配型から異型配偶のオスの進化に大きく貢献していることが推測される。従って、今後同型配偶ヤマギシエラと異型配偶ユードリナのMIDの標的遺伝子を探索する予定である。標的遺伝子を明らかにするためにMID抗体作成し、これをを用いてChIPシーケンス解析を実施する。
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[Journal Article] Rediscovery of the “ancestral Volvox” species: Morphology and phylogenetic position of Pleodorina sphaerica (Volvocales, Chlorophyceae) from Thailand.2017
Author(s)
Nozaki, H., Mahakham, W., Athibai, S., Yamamoto, K., Takusagawa, M., Misumi, O., Herron, M. D., Rosenzweig, F., Kawachi, M.
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Journal Title
Phycologia
Volume: 56
Pages: in press
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Multiple independent changes in mitochondrial genome conformation in chlamydomonadalean algae.2017
Author(s)
Hamaji, T., Kawai-Toyooka, H., Toyoda, A., Minakuchi, Y., Suzuki, M., Fujiyama, A., Nozaki, H., Smith, D. R.
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Journal Title
Genome Biology and Evolution
Volume: 9
Pages: in press
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Alternative evolution of a spheroidal colony in volvocine algae: developmental analysis of embryogenesis in Astrephomene (Volvocales, Chlorophyta).2016
Author(s)
Yamashita, S., Arakaki, Y., Kawai-Toyooka, H., Noga, A., Hirono, M., Nozaki, H.
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Journal Title
BMC Evol. Biol.
Volume: 6
Pages: 243
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Delineation of six species of the primitive algal genus Glaucocystis based on in situ ultrastructural characteristics.2016
Author(s)
Takahashi, T., Nishida, T., Tuji, A., Saito, C., Matsuzaki, R., Sato, M., Toyooka, K., Yasuda, H., Nozaki, H.
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 6
Pages: 29209
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Next-generation sequencing of an 88-year-old specimen of the poorly known species Liagora japonica (Nemaliales, Rhodophyta) supports the recognition of Otohimella gen. nov.2016
Author(s)
Suzuki, M., Segawa, T. Mori, H., Akiyoshi, A., Ootsuki, R., Kurihara, A., Sakayama, H., Kitayama, T., Abe, T., Kogame, K., Kawai, H., Nozaki, H.
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Journal Title
PLOS ONE
Volume: 11
Pages: e0158944
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] Comparative genomics of isogamous and anisogamous volvocine algae reveals molecular evolutionary insights into sex specific genes2017
Author(s)
Hamaji, T., Kawai-Toyooka, H., Uchimura, H., Suzuki, M., Toyoda, A., Noguchi, H., Minakuchi, Y., Fujiyama, A., Miyagishima, SY., Nozaki, H
Organizer
Advanced Genome Science International Symposium "The Start of New Genomics
Place of Presentation
東京大学本郷キャンパス（東京都文京区）
Year and Date
2017-01-10 – 2017-01-11
Int'l Joint Research
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[Presentation] Evolution of volvocine mating-type/gender-specific genes deduced from de novo genome sequencing of isogamous Yamagishiella and anisogamous Eudorina2016
Author(s)
Kawai-Toyooka, H., Hamaji, T., Uchimura, H., Suzuki, M., Toyoda, A., Noguchi, H., Minakuchi, Y., Fujiyama, A., Miyagishima, SY., Nozaki, H.
Organizer
The 69th Yamada Conference 17th International Conference on the Cell and Molecular Biology of Chlamydomonas
Place of Presentation
京都国際会議場（京都府京都市）
Year and Date
2016-06-26 – 2016-07-01
Int'l Joint Research
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[Presentation] Dvelopmental analysis of the spheroidal colony formation in Astrephomene (Volvocales, Chlorophyta)2016
Author(s)
Yamashita, S., Arakaki, Y., Kawai-Toyooka, H., Hirono, M., Nozaki, H.
Organizer
The 69th Yamada Conference 17th International Conference on the Cell and Molecular Biology of Chlamydomonas
Place of Presentation
京都国際会議場（京都府京都市）
Year and Date
2016-06-26 – 2016-07-01
Int'l Joint Research
