雄と雌の誕生に伴う配偶子融合機構進化の分子基盤解明

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25891009
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 豊岡 博子 東京大学, 理学系研究科, 特任研究員 (00442997)
• Project Period (FY): 2013-08-30 – 2016-03-31
• Keywords: 配偶子融合 / 群体性ボルボックス目 / ゴニウム / GCS1 / 異型配偶化 / 有性生殖

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題は、単細胞モデル緑藻クラミドモナスに近縁で、同型配偶・異型配偶・卵生殖という有性生殖の各進化段階の生物を含む群体性ボルボックス目を用い、真核生物に共通する配偶子融合機構とその進化過程を解明することを目的とする。本研究課題の主な研究材料である同型配偶ゴニウムでは、相対する交配型（マイナス/プラス）の配偶子が、それぞれアクチン繊維を軸とする突起状の接合構造「接合突起」を形成するため、接合構造の交配型間比較解析が可能である。平成26年度は、多くの生物において雄側で働くことが知られる配偶子融合因子GCS1が、ゴニウムのマイナス（雄に相当）とプラス（雌に相当）の配偶子において、それぞれ異なった段階的制御を受けることによって、マイナス特異的に接合突起に局在し得ることを明らかにした論文を出版した。
さらに平成26－27年度、ゴニウムにおける配偶子誘導・活性化条件を改善し、接合突起を形成する活性化配偶子を高頻度で得ることに成功した。この条件を用いて両交配型の活性化配偶子を誘導し、細胞破砕後、ショ糖密度勾配遠心法による分画を行った。得られた各画分に対してファロイジン染色を行い、接合突起を多く含む画分を選別した。また当該画分における接合突起濃縮を、抗アクチンおよび抗GCS1抗体を用いたウエスタンブロット解析により確認した。現在この接合突起濃縮画分を用い、ゴニウム全ゲノム配列データベースに基づくLC/MS/MS解析を行っており、新規な交配型特異的接合関連因子の発見が期待される。
また平成27年度、異型配偶ユードリナの雌特異的配偶子接着因子FUS1 の遺伝子コード配列を決定し、同遺伝子が雌雄の配偶子の混合によって発現上昇することを明らかにした。今後、ユードリナFUS1の局在・機能解析を行うことで、異型配偶化に伴う配偶子融合機構の進化過程の解明が期待される。

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。

Research Products

• [Int'l Joint Research] カンザス州立大学/アリゾナ大学(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: カンザス州立大学/アリゾナ大学
• [Journal Article] The Gonium pectorale genome demonstrates co-option 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., Bakaric R., Luria V., Karger A., Kirschner M., Durand P.M., Michod R.E., Nozaki H., and 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
• [Journal Article] Revisiting the taxonomic significance of aplanozygote morphologies of two cosmopolitan snow species of the genus Chloromonas (Volvocales, Chlorophyceae). (2015)
  • Author(s): Matsuzaki R., Kawai-Toyooka H., Hara Y., and Nozaki H.
  • Journal Title: Phycologia Volume: 54 Pages: 491-502
  • DOI: 10.2216/15-33.1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Gamete Dialogs in Green Lineages. (2015)
  • Author(s): Mori T., Kawai-Toyooka H., Igawa T, and Nozaki H.
  • Journal Title: Molecular Plant Volume: 8 Pages: 1442-1454
  • DOI: 10.1016/j.molp.2015.06.008.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Sex-specific posttranslational regulation of the gamete fusogen GCS1 in the isogamous volvocine alga Gonium pectorale. (2014)
  • Author(s): Kawai-Toyooka H., Mori T., Hamaji T., Suzuki M., Olson B.J.S.C., Uemura T., Ueda T., Nakano A., Toyoda A., Fujiyama A., and Nozaki H.
  • Journal Title: Eukaryotic Cell Volume: 13 Pages: 648-656
  • DOI: 10.1128/EC.00330-13
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [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 S., and Nozaki H.
  • Organizer: The 17th international Conference on the Cell and Molecular Biology of Chlamydomonas
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都府京都市）
  • Year and Date: 2016-06-26 – 2016-07-01
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 緑藻ゴニウムのプラス／マイナス配偶子からの接合突起の単離と解析―新規接合関連因子の同定を目指して― (2015)
  • Author(s): 豊岡博子, 森稔幸, 中澤志織, 山田力志, 鈴木雅大, 茂木祐子, 浜地貴志, 宮城島進也, 澤田均, 野崎久義
  • Organizer: 日本植物学会第79回大会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ（新潟県新潟市）
  • Year and Date: 2015-09-08
• [Presentation] Isolation and characterization of the plus and minus tubular mating structures from the isogamous volvocine alga Gonium pectorale. (2015)
  • Author(s): Kawai-Toyooka H., Mori T., Nakazawa S., Yamada L., Suzuki M., Mogi Y., Hamaji T., Miyagishima S., Sawada H. and Nozaki H.
  • Organizer: The 3rd International Volvox Conference
  • Place of Presentation: ケンブリッジ（イギリス）
  • Year and Date: 2015-08-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Genome data of the evolutionary time machine colonial volvocaleans unveiling origins of genders and multicellularity. (2015)
  • Author(s): Nozaki H., Kawai-Toyooka H., Suzuki M., Mori T., Hamaji T., Toyoda A., Noguchi H., and Fujiyama A.
  • Organizer: International Symposium on Genome Science 2015
  • Place of Presentation: 一橋大学一橋講堂（東京都千代田区）
  • Year and Date: 2015-01-20 – 2015-01-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 群体性ボルボックス目ゴニウムを用いた配偶子接合メカニズムの解析 (2014)
  • Author(s): 豊岡博子
  • Organizer: 微細藻類研究会2014
  • Place of Presentation: 基礎生物学研究所（愛知県岡崎市）
  • Year and Date: 2014-12-23
  • Invited
• [Presentation] 群体性ボルボックス目ゴニウムにおけるプラス/マイナス交配型配偶子からの接合突起の単離 (2014)
  • Author(s): 豊岡博子, 森稔幸, 鈴木雅大，茂木祐子，浜地貴志，宮城島進也， 野崎久義
  • Organizer: 日本植物学会第78回大会
  • Place of Presentation: 明治大学生田キャンパス（神奈川県川崎市）
  • Year and Date: 2014-09-12 – 2014-09-14
• [Remarks] 東京大学大学院・理学系研究科・生物科学専攻・多様性起源学研究室ホームページ
  • URL: http://www.biol.s.u-tokyo.ac.jp/users/tayousei/index.html