藻類の受精発生における雌雄配偶子認識機構とオルガネラ細胞質遺伝機構の解析

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20370025
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 本村 泰三 Hokkaido University, 北方生物圏フィールド科学センター, 教授 (30183974)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 河野 重行 東京大学, 新領域創成科学研究科, 教授 (70161338) ; 宮村 新一 筑波大学, 生命環境科学研究科, 准教授 (00192766) ; 加藤 敦之 北海道大学, 大学院・理学研究院, 教授 (90177428) ; 長里 千香子 北海道大学, 北方生物圏フィールド科学センター, 准教授 (00374710)
• Keywords: オルガネラ / 細胞質遺伝 / 受精 / 藻類 / 電子顕微鏡 / 分子遺伝学 / 葉緑体 / ミトコンドリア

Research Abstract

本研究では,1)雌雄配偶子間の認識機構,2)オルガネラ(ミトコンドリア,葉緑体,セントリオール)の細胞質遺伝機構」について細胞形態学および分子生物学的解析から研究を進め,3)藻類の受精発生過程を一つのモデルとして,同形配偶子接合から異形配偶子接合,そして卵生殖へと有性生殖パターンが変化(進化)する過程で,オルガネラ細胞質遺伝機構の制御がどのように変化するのかを具体的な実験観察結果から考察することを最終的な目的としている。
本年度は,褐藻ワカメ(卵生殖)を材料としてオルガネラ細胞質遺伝について電子顕微鏡と分子遺伝学的手法を用いて調査を行った。陸上植物や動物の幾づかの種類と異なり、褐藻の卵生殖では成熟し造精器から放出した精子細胞のオルガネラには遣伝子が残っていることが抗DNA抗体を用いた免疫電子顕微鏡観察から明らかとなった。さらに、連続切片の微細構造観察から、精子由来の葉緑体とミトコンドリアは受精後速やかに接合子内において小胞体様膜構造に取り囲まれ消化され、その時点でオルガネラDNAも消失していることが単細胞PCRの手法によって明らかになった。つまり、褐藻の卵生殖の場合には精子由来の葉緑体・ミトコンドリアは受精後、リソソーム・オートファジー系によって選択的に消失することになる。同型配偶子接合を行うカヤモノリの場合には雄性配偶子由来ミトコンドリアDNAは,接合子が4細胞以降に発達した時に特異的に消失する。以上の結果から、有性生殖の進化に伴ってオルガネラDNAの消失時期が大きくずれてくることが判明した。現時点では、同型配偶子接合における受精後の雌雄配偶子由来ミトコンドリアの挙動が不明であるため、今後はこの問題に対して明らかにして行く予定である。

Research Products

• [Journal Article] Disappearance of male mitochondrial DNA after the 4-celled stage sporophyte of the isogamous brown alga Scytosiphon lomentaria(Scytosiphonales, Phaeophyceae). (2010)
  • Author(s): Kimura, K., Nagasato, C., Kogame, K., Motomura, T.
  • Journal Title: Journal of Phycology 46 Pages: 143-152
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Distribution and phylogeny of the blue light receptors aureochromes in eukaryotes. (2009)
  • Author(s): Ishikawa, M., Takahashi, F., Nozaki, H., Nagasato, C., Motomura, T., Kataoka, H.
  • Journal Title: Planta 203 Pages: 543-552
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Novel proteins comprising the Stramenopile tripartite mastigoneme in Ochromonas danica(Chrisophyceae). (2009)
  • Author(s): Yamagishi, T., Motomura, T., Nagasato, C., Kawai, H.
  • Journal Title: Journal of Phycology 45 Pages: 1100-1105
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ultrastructure of mitosis and cytokinesis during spematogenesis in Porphyra yezoensis(Bangiales, Rhodophyta). (2009)
  • Author(s): Ueki, C., Nagasato, C., Motomura, T., Saga, N.
  • Journal Title: Botanica Marina 52 Pages: 129-139
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Functional and non-functional spindle formation affecting mitosis and cytokinesis in Fucus distichus zygotes : the role of the centrosome. (2009)
  • Author(s): Motomura, T., Nagasato, C.
  • Journal Title: Botanica Marina 52 Pages: 140-149
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Diaphragm development in cytokinetic vegetative cells of brown algae. (2009)
  • Author(s): Katsaros, C., Motomura, T., Nagasato, C., Galatis, B.
  • Journal Title: Botanica Marina 52 Pages: 150-161
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cytoplasmic inheritance of organelles in brown algae. (2009)
  • Author(s): Motomura, T., Nagasato, C., Kimura, K.
  • Journal Title: Journal of Plant Research 52 Pages: 185-192
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 褐藻類の細胞質分裂における膜融合過程と細胞壁形成のタイミング (2009)
  • Author(s): 長里千香子,井上晶,尾島孝男,奥田一雄,本村泰三
  • Organizer: 日本植物学会第73回大会
  • Place of Presentation: 山形大学,山形市
  • Year and Date: 20090917-20090920
• [Presentation] Differences of elimination timinig in male mitochondria and mitochondrial DNA after fertilization between isogamous and oogamous brown algae. (2009)
  • Author(s): Kimura K., Kogame K. Uwai S., Nagasato C., Motomura T.
  • Organizer: 第9回国際藻類学会議
  • Place of Presentation: 代々木オリンピックセンター,東京
  • Year and Date: 20090802-20090808
• [Presentation] The EST Analysis and Fundamental Experiment for Gene transformation in Chrysophycean alga Ochromonas danica. (2009)
  • Author(s): Terauchi M., Kato A., Nagasato C., Motomura T.
  • Organizer: 第9回国際藻類学会議
  • Place of Presentation: 代々木オリンピックセンター,東京
  • Year and Date: 20090802-20090808
• [Presentation] クロララクニオン藻Partenskyella glossopodiaにおける細胞質分裂過程の形態学的観察 (2009)
  • Author(s): 遠藤寛子, 太田修平, 長里千香子, 本村泰三, 石田健一郎
  • Organizer: 日本植物学会第73回大会
  • Place of Presentation: 山形大学,山形市
  • Year and Date: 2009-09-15
• [Presentation] 顕微鏡技術と藻類の形態形成 (2009)
  • Author(s): 本村泰三
  • Organizer: 日本植物学会第73回大会
  • Place of Presentation: 山形大学,山形市
  • Year and Date: 2009-09-15
• [Presentation] Membrane fusion during cytokinesis of brown algae, Fucus distichus and Silvetiababingtonii(Fucales, Phaeophyceae). (2009)
  • Author(s): Nagasato, C., Inoue, A., Ojima, T., Okuda, K., Motomura, T.
  • Organizer: 第9回国際藻類学会議
  • Place of Presentation: 代々木オリンピックセンター,東京
  • Year and Date: 2009-08-02
• [Presentation] Ultrastructural observation on the nuclear division of a chlorarachniophyte alga, Partenskyella glossopodia. (2009)
  • Author(s): Endo, H., Ota, S., Nagasato, C., Motomura, T., Ishida, K
  • Organizer: 第9回国際藻類学会議
  • Place of Presentation: 代々木オリンピックセンター,東京
  • Year and Date: 2009-08-02
• [Presentation] Sex-related proteins in Scytosiphon lomentaria(Phaeophyceae)-a comparative proteomic approach (2009)
  • Author(s): Schmid, D., Nagasato, C., Muck, A., Loele, A., Svatos, A., Motomura, T., Boland, W.
  • Organizer: 第9回国際藻類学会議
  • Place of Presentation: 代々木オリンピックセンター,東京
  • Year and Date: 2009-08-02
• [Presentation] Novel proteins composing the stramenopile tripartite mastigoneme in Ochromonas danica(Chrysophyceae). (2009)
  • Author(s): Yamagishi, T., Motomura, T., Nagasato, C., Kawai, H.
  • Organizer: 第9回国際藻類学会議
  • Place of Presentation: 代々木オリンピックセンター,東京
  • Year and Date: 2009-08-02
• [Presentation] Fertilization, zygote development and cell division in brown algae. (2009)
  • Author(s): Motomura, T.
  • Organizer: 第9回国際藻類学会議
  • Place of Presentation: 代々木オリンピックセンター,東京
  • Year and Date: 2009-08-02