Evolution of female-male genders based on comparative analyses of sex-chromosomal regions

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24247042
• 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)
• 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)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 全ゲノム情報 / 性染色体領域 / 性特異的的遺伝子 / 群体性ボルボックス目 / 進化 / 多細胞化

Outline of Annual Research Achievements

本年度は群体性ボルボックス目緑藻ゴニウム（Gonium pectorale）の全ゲノム解読データを基に性決定領域の進化と多細胞化の初期進化が遺伝子・ゲノムレベルで明らかになった。
今回明らかになったゴニウムの性決定領域にはボルボックス（Volvox carteri）で既に報告されている新規メス・オス特異的遺伝子群（Ferris et al. 2010, Science）は認められず、群体性ボルボックス目の同型配偶の段階では獲得されていなかったことが推測された。また、多くの遺伝子が性染色体領域と常染色体領域の間を相互に進化的に移動していることを明らかにした。更に、プラス交配型に特異的で配偶子特異的に発現する細胞接着因子FUS1ホモログの局在解析によって、同型配偶の緑藻配偶子間の種特異的な「アロ認証」における分子基盤の進化の解明に向けた糸口が開かれた（Hamaji et al. 2016, G3: Genes, Genomes, Genetics 6: 1179-1189）。
ゴニウムの全ゲノム解読データを単細胞生物のクラミドモナス（Chlamydomonas reinhardtii）と細胞の役割分担が進んだ多細胞ボルボックスのものと比較解析した結果、ヒトではがんを抑制する細胞周期を調節する遺伝子が多細胞化の原因であること発見した。また、多細胞化の初期においては細胞周期を調節する遺伝子群の進化が起き、その後に細胞の役割分担の遺伝子群が進化するという、単細胞から多細胞へ進化する際のシナリオを明らかにした。今後、群体性ボルボックス目の全ゲノム情報を更に解読することで、多細胞化をより明らかにする研究の進展が期待される（Hanschen et al. 2016, Nature Communications 7: 11370）。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Remarks

2016年4月16日東京大学理学部・大学院理学系研究科プレスリリース

Research Products

• [Int'l Joint Research] アリゾナ大学/カンザス州立大学(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: アリゾナ大学/カンザス州立大学
• [Int'l Joint Research] ウィットウォータース大学(南アフリカ)
  • Country Name: SOUTH AFRICA
  • Counterpart Institution: ウィットウォータース大学
• [Journal Article] Sequence of the Gonium pectorale mating locus reveals a complex and dynamic history of changes in volvocine algal mating haplotypes. (2016)
  • Author(s): Hamaji, T., Mogi,Y., Ferris, P. J., Mori, T., Miyagishima, SY., Kabeya, Y., Nishimura, Y., Toyoda, A., Noguchi, H., Fujiyama, A., Olson, B. J.S.C., Marriage, T. N., Nishii, I., Umen, J. G., Nozaki, H.
  • Journal Title: G3: Genes, Genomes, Genetics Volume: 6 Pages: 1179-1189
  • DOI: doi: 10.1534/g3.115.026229
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The Gonium pectorale genome demonstrates cooption of cell cycle regulation during the evolution of multicellularity. (2016)
  • Author(s): Hanschen, E. R., Marriage, T. N., Ferris, P. J., Hamaji, T., Toyoda, A., Fujiyama, A., Neme, R., Noguchi, H., Minakuchi, Y., Suzuki, M., Kawai-Toyooka, H., Smith, D. R., Sparks, H., Anderson, J., Bakarić, R., Luria, V., Karger, A., Kirschner, M., Durand, P. M., Michod, R. E., Nozaki, H., Olson, B. J. S. C.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 7 Pages: 11370
  • DOI: doi:10.1038/ncomms11370
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A new type of 3-D peripheral ultrastructure in Glaucocystis (Glaucocystales, Glaucophyta) as revealed by ultra-high voltage electron microscopy. (2016)
  • Author(s): Takahashi, T., Nishida, T., Saito, C., Yasuda, H., Nozaki, H.
  • Journal Title: J. Phycol. Volume: 52 Pages: 486-490
  • DOI: DOI: 10.1111/jpy.12412
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [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.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 6 Pages: 29209
  • DOI: doi:10.1038/srep29209
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [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.
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 11 Pages: e0158944
  • DOI: doi:10.1371/journal.pone.0158944
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Inflated organelle genomes and a circular-mapping mtDNA probably existed at the origin of coloniality in volvocine green algae. (2016)
  • Author(s): Featherston, J., Arakaki, Y., Nozaki, H., Durand, P. M., Smith, D. R.
  • Journal Title: Eur. J. Phycol. Volume: 51 Pages: 369-377
  • DOI: DOI:10.1080/09670262.2016.1198830
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Comparative genomics of isogamous and anisogamous volvocine algae reveals molecular evolutionary insights into sex specific genes (2017)
  • 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
• [Presentation] ボルボックス系列緑藻における雌雄性獲得前後での性決定領域の比較ゲノム解析 (2016)
  • Author(s): 浜地貴志、豊岡博子、内村悠、鈴木雅大、豊田敦、野口英樹、水口洋平、藤山秋佐夫、宮城島進也、野崎久義
  • Organizer: 日本植物学会第80回大会
  • Place of Presentation: 沖縄コンベンションセンター（沖縄県宜野湾市）
  • Year and Date: 2016-09-16 – 2016-09-18
• [Presentation] ゲノム情報を用いた緑藻ボルボックス系列における多細胞化初期段階の比較解析 (2016)
  • Author(s): 新垣陽子、宮城島進也、豊岡博子、野崎久義
  • Organizer: 日本植物学会第80回大会
  • Place of Presentation: 沖縄コンベンションセンター（沖縄県宜野湾市）
  • Year and Date: 2016-09-16 – 2016-09-18
  • Invited
• [Presentation] ボルボックスの仲間を用いた多細胞化と雌雄性の進化 (2016)
  • Author(s): 野崎久義
  • Organizer: 第４回細胞凝集研究会
  • Place of Presentation: 札幌全日空ホテル（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2016-09-09 – 2016-09-09
  • Invited
• [Presentation] Evolution of volvocine mating-type/gender-specific genes deduced from de novo genome sequencing of isogamous Yamagishiella and anisogamous Eudorina (2016)
  • 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
• [Remarks] ゲノム解読で初めて明らかになった多細胞生物のはじまり－ヒトではがんを抑制する「多細胞化の原因遺伝子」
  • URL: http://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2016/4667/