Elucidation of the establishment and maintenance mechanism of endosymbiosis using Paramecium bursaria and symbiotic Chlorella sp.

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K06768
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 45020:Evolutionary biology-related
• Research Institution: Shimane University
• Principal Investigator: Kodama Yuuki 島根大学, 学術研究院農生命科学系, 教授 (80582478)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ミドリゾウリムシ / クロレラ / 細胞内共生 / ミトコンドリア / モノクローナル抗体

Outline of Final Research Achievements

Endosymbiosis, which gave rise to mitochondria and chloroplasts, is still found in many organisms and is the driving force for the evolution and diversification of eukaryotic cells. However, the mechanisms underlying the establishment and maintenance of endosymbiosis remain largely unknown. Using the ciliate Paramecium bursaria and its symbiotic Chlorella spp., which have become as new model organisms for the study of endosymbiosis, we have clarified the following. (1) Only one Chlorella cell is precisely pinched when Chlorella escapes from the host DV membrane into the host cytoplasm. (2) We showed that endosymbiotic algae affect the reduced number of host mitochondria and that mitochondrial genes are downregulated in algae-bearing P. bursaria cells compared to alga-free cells.

Free Research Field

進化生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

細胞内共生は、原核細胞からの真核細胞の誕生や、真核細胞の進化と多様化の原動力となった普遍的生命現象で、地球上の至るところで繰り返して行われている。ヒドラやサンゴなどの刺胞動物においても、共生藻の存在により宿主のミトコンドリア関連遺伝子の発現が低下することが報告されている。これは相利共生関係における宿主ミトコンドリアとの関連の重要性や普遍性を示唆している。本研究は、細胞内共生による真核細胞の進化と多様化のメカニズムの解明のみならず、細胞内共生の成立や維持に普遍的な現象の解明、造礁サンゴと共生褐虫藻のように、藻類との細 胞内共生によって保証されている生態系の維持と環境保全等にも繋がると期待される。