In search for genetic factors controlling morphological plasticity of diatom cell wall

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K06726
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 44040:Morphology and anatomical structure-related
• Research Institution: Fukui Prefectural University
• Principal Investigator: Sato Shinya 福井県立大学, 海洋生物資源学部, 教授 (80709163)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山田 和正 福井県立大学, 海洋生物資源学部, 助教 (20778401) ; 出井 雅彦 文教大学, 教育学部, 教授 (60143624)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 珪藻 / 細胞壁 / 可塑性 / 遺伝子発現 / 塩分 / シリカ / バイオミネラリゼーション

Outline of Final Research Achievements

The effect of salinity on the cell wall formation in the diatom Pleurosira laevis was investigated. We revealed that the flat and dome-shaped valves exhibited plastic changes at a salinity of 2‰ and 7‰, respectively. Transcriptome analysis showed that the expression of mechanosensitive ion channel genes was up-regulated, while Ca2+ ATPase was down-regulated at a salinity of 2‰. Furthermore, genes involved in the binding of the membrane to actin filaments, such as annexin genes, and genes involved in actin filament elongation and cross-linking, such as Arp2/3 genes, showed up-regulation at salinity 2‰. Based on these findings, a new model was proposed to describe the formation of the cell wall in diatoms in response to changes in salinity.

Free Research Field

藻類学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

珪藻はシリカでできた頑強な細胞壁 (殻) をもつ。殻は立体的かつ緻密で微細な構造をもつが、その形態形成がどのような遺伝的メカニズムにより制御されているのかは不明であった。本研究では珪藻プレウロシラの培養実験から、この珪藻が塩濃度の変化に応じて殻面が平らなものとドーム状の2種類の形態を使い分けることを明らかにした。これら2種類の形態を形成する際の遺伝子発現パターンを比較することで、形態形成に関与する遺伝子を明らかにした。この知見は、立体的なシリカ細胞壁の形作りの謎を解くヒントになるだけでなく、人工的なナノレベル造形による微細回路やナノマシン作成といった技術開発にも寄与することが期待される。