光合成能喪失藻類をモデルとした従属栄養性への進化を駆動する因子の提唱

• 研究課題/領域番号: 15H05606
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 生物多様性・分類
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 神川 龍馬 京都大学, 人間・環境学研究科, 助教 (40627634)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 22,750千円 (直接経費: 17,500千円、間接経費: 5,250千円); 2018年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2017年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円); 2016年度: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円); 2015年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
• キーワード: 藻類 / 葉緑体 / ゲノム / トランスクリプトーム / 遺伝子水平伝播 / マングローブ林 / 生態 / 進化 / 光合成 / 植物 / 遺伝子 / 代謝経路 / 珪藻類 / 葉緑体ゲノム

研究成果の概要

光合成は、エネルギーと糖を太陽光と二酸化炭素から得られるという利点がある。にもかかわらず、光合成能を完全に喪失し、光合成性から従属栄養性へと進化した藻類が存在する。従属栄養性への進化を解明するため、本研究では非光合成性珪藻類Nitzschia sp. をモデルとして研究を行った。その結果、本藻は光合成能喪失後も葉緑体を維持しており、光合成以外の葉緑体代謝機能をほぼ喪失しておらず、アミノ酸や脂肪酸などの物質を細胞内で合成できることが分かった。すなわち、光合成能の喪失とは必ずしも葉緑体機能の縮退を意味しない。

研究成果の学術的意義や社会的意義

光合成を行う生物は植物だけではなく、系統的に離れた種々の生物が光合成を行い、地球上の一次生産を支えている。これまでにそのような一次生産に重要な光合成性生物がどのように誕生し、進化してきたのかが研究されてきた。しかし本研究のように、元々一次生産者であった生物が二次的に従属栄養性生物にどのように進化したのか、について着目した研究は極めて少なかった。本研究成果は、光合成性真核生物の多様性とその進化を理解するために、藻類の誕生に関わるメカニズムに加え、藻類が一次生産者をやめる進化メカニズムの重要性に光を当てる研究である。

研究成果

• [国際共同研究] IBENS(フランス)
• [国際共同研究] Dalhousie University(カナダ)
• [国際共同研究] Philipps University of Marburg(ドイツ)
• [国際共同研究] Mississippi State University/Arizona State University(米国)
• [国際共同研究] Philipps-Universitat Marburg/LOEWE-Zentrum fur SynMikro(Germany)
• [国際共同研究] Dalhousie University(Canada)
• [国際共同研究] Dalhousie University(カナダ)
• [国際共同研究] Philipps-Universitat Marburg(ドイツ)
• [国際共同研究] Dalhousie University/University of British Columbia(Canada)
• [国際共同研究] Phillips Universitat Marburg(Germany)
• [雑誌論文] Principles of plastid reductive evolution illuminated by non-photosynthetic chrysophytes (2019)
  • 著者名/発表者名: Dorrell RG, Azuma T, Nomura M, Audren de Kerdrel G, Paoli L, Yang S, Bowler C, Ishii K, Miyashita H, Gile GH, Ryoma Kamikawa
  • 雑誌名: Proceeding of the National Academy of Sciences of the United States of America 巻: 116 号: 14 ページ: 6914-6923
  • DOI: 10.1073/pnas.1819976116
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Nuclear genome sequence of the plastid- lacking cryptomonad Goniomonas avonlea: phylogenomic and metabolic insights into the evolution of secondary plastids (2018)
  • 著者名/発表者名: Cenci U, Sibbald SJ, Curtis BA, Ryoma Kamikawa, Eme L, Moog D, Henrissat B, Maréchal E, Chabi M, Djemiel C, Roger AJ, Kim E, Archibald JM
  • 雑誌名: BMC Biology 巻: 16 号: 1 ページ: 140-140
  • DOI: 10.1186/s12915-018-0593-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Diversity of organellar genomes in non-photosynthetic diatoms (2018)
  • 著者名/発表者名: Ryoma Kamikawa, Azuma T, Ishii K, Matsuno Y, Miyashita H
  • 雑誌名: Protist 巻: 169 号: 3 ページ: 351-361
  • DOI: 10.1016/j.protis.2018.04.009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fates of Evolutionarily Distinct, Plastid- type Glyceraldehyde 3-phosphate Dehydrogenase Genes in Kareniacean Dinoflagellates (2018)
  • 著者名/発表者名: Kamikawa, R., Yazaki, E., Tahara, M., Sakura, T., Matsuo, E., Nagamune, K., Hashimoto, T., Inagaki, Y.
  • 雑誌名: J. Eukaryot. Microbiol. 巻: 印刷中 号: 5 ページ: 669-678
  • DOI: 10.1111/jeu.12512
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Phylogenomics Places Orphan Protistan Lineages in a Novel Eukaryotic Super-Group (2018)
  • 著者名/発表者名: Brown Matthew W、Heiss Aaron A、Kamikawa Ryoma、Inagaki Yuji、Yabuki Akinori、Tice Alexander K、Shiratori Takashi、Ishida Ken-Ichiro、Hashimoto Tetsuo、Simpson Alastair G B、Roger Andrew J
  • 雑誌名: Genome Biology and Evolution 巻: 10 号: 2 ページ: 427-433
  • DOI: 10.1093/gbe/evy014
  • NAID: 120007134343
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The draft genome of Kipferlia bialata reveals reductive genome evolution in fornicate parasites (2018)
  • 著者名/発表者名: Tanifuji G, Takabayashi S, Kume K, Takagi M, Nakayama T, Kamikawa R, Inagaki Y, Hashimoto T
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 13 号: 3 ページ: e0194487-e0194487
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0194487
  • NAID: 120007134280
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Origin and Diversification of Mitochondria (2017)
  • 著者名/発表者名: Roger AJ, Munoz-Gomez SA, Kamikawa R
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 27 号: 21 ページ: R1177-R1192
  • DOI: 10.1016/j.cub.2017.09.015
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A Non-photosynthetic Diatom Reveals Early Steps of Reductive Evolution in Plastids (2017)
  • 著者名/発表者名: Kamikawa R, Moog D, Zauner S, Tanifuji G, Ishida K, Miyashita H, Mayama S, Hashimoto T, Maier UG, Archibald JM, Inagaki Y
  • 雑誌名: Molecular Biology and Evolution 巻: 34 号: 9 ページ: 2355-2366
  • DOI: 10.1093/molbev/msx172
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mitochondrial Genome Evolution and a Novel RNA Editing System in Deep-Branching Heteroloboseids (2017)
  • 著者名/発表者名: Yang J, Harding T, Kamikawa R, Simpson AGB, Roger AJ
  • 雑誌名: Genome Biology and Evolution 巻: 9 号: 5 ページ: 1161-1174
  • DOI: 10.1093/gbe/evx086
  • NAID: 120006936398
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Growth characterization of non-photosynthetic diatoms, <i>Nitzschia</i> spp., inhabiting estuarine mangrove forests of Ishigaki Island, Japan (2017)
  • 著者名/発表者名: Ishii K, Ryoma Kamikawa
  • 雑誌名: Plankton and Benthos Research 巻: 12 号: 3 ページ: 164-170
  • DOI: 10.3800/pbr.12.164
  • NAID: 130005998677
  • ISSN: 1880-8247, 1882-627X
  • 査読あり
• [雑誌論文] Organelles that illuminate the origins of Trichomonas hydrogenosomes and Giardia mitosomes (2017)
  • 著者名/発表者名: Leger M, Kolisko M, Ryoma Kamikawa, Stairs CW, Kume K, Cepicka I, Silberman JD, Andersson JO, Xu F, Yabuki A, Zhang Q, Takishita K, Inagaki Y, Simpson AGB, Hashimoto T, Roger AJ
  • 雑誌名: Nature Ecology and Evolution 巻: 1 号: 4 ページ: 0092-0092
  • DOI: 10.1038/s41559-017-0092
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The earliest stages of mitochondrial adaptation to low oxygen revealed in a novel rhizarian (2016)
  • 著者名/発表者名: Gawryluk RM, Kamikawa R, Stairs CW, Silberman JD, Brown MW, Roger AJ
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 26 号: 20 ページ: 2729-2738
  • DOI: 10.1016/j.cub.2016.08.025
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mitochondrial genome of Palpitomonas bilix: derived genome structure and ancestral system for cytochrome c maturation (2016)
  • 著者名/発表者名: Nishimura Y, Tanifuji G, Kamikawa R, Yabuki A, Hashimoto T, Inagaki Y
  • 雑誌名: Genome Biology and Evolution 巻: 8 号: 10 ページ: 3090-3098
  • DOI: 10.1093/gbe/evw217
  • NAID: 120007129285
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Group II intron-mediated trans-splicing in the gene-rich mitochondrial genome of an enigmatic eukaryote, Diphylleia rotans. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kamikawa R, Shiratori T, Ishida K, Miyashita H, Roger AJ.
  • 雑誌名: Genome Biology and Evolution 巻: 8 号: 2 ページ: 458-466
  • DOI: 10.1093/gbe/evw011
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 光合成能力を失った種と葉緑体の進化・多様性 ～環境と栄養性の進化関係の解明へ向けて～. (2016)
  • 著者名/発表者名: 神川龍馬
  • 雑誌名: 生物の科学 遺伝 巻: 70 ページ: 115-120
• [雑誌論文] Proposal of a Twin Arginine Translocator system-mediated constraint against loss of ATP synthase genes from nonphotosynthetic plastid genomes (2015)
  • 著者名/発表者名: Kamikawa R, Tanifuji G, Ishikawa SA, Ishii K, Matsuno Y, Onodera NT, Ishida K, Hashimoto T, Miyashita H, Mayama S, Inagaki Y.
  • 雑誌名: Molecular Biology and Evolution 巻: 32 号: 10 ページ: 2598-2604
  • DOI: 10.1093/molbev/msv134
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Plastid genome-based phylogeny pinpointed the origin of the green-colored plastid in the dinoflagellate Lepidodinium chlorophorum. (2015)
  • 著者名/発表者名: Kamikawa R, Tanifuji G, Kawachi M, Miyashita H, Hashimoto T, Inagaki Y.
  • 雑誌名: Genome Biology and Evolution 巻: 7 号: 4 ページ: 1133-1140
  • DOI: 10.1093/gbe/evv060
  • NAID: 120007130154
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The mitochondrial genomes of a mixozoan genus Kudoa species are extremely diverged among Metazoa. (2015)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi F, Sekizuka T, Ogasawara Y, Yokoyama H, Kamikawa R, Inagaki Y, Nozaki T, Sugita-Konishi Y, Ohnishi T, Kuroda M.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 10
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Discovery of PPi-type Phosphoenolpyruvate carboxykinase genes in eukaryotes and bacteria. (2015)
  • 著者名/発表者名: Chiba Y, Kamikawa R, Nakada-Tsukui K, Saito-Nakano Y, Nozaki T
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 290 号: 39 ページ: 23960-23970
  • DOI: 10.1074/jbc.m115.672907
  • NAID: 120007136108
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Nitzschia、光合成やめるってよ (2015)
  • 著者名/発表者名: 神川龍馬
  • 雑誌名: 藻類 巻: 63 ページ: 196-200
• [雑誌論文] Multiple conversion between the genes encoding bacterial class-I release factors. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa SA, Kamikawa R, Inagaki Y.
  • 雑誌名: Scientific Resports 巻: 5 号: 1 ページ: 12406-12406
  • DOI: 10.1038/srep12406
  • NAID: 120005822775
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Sigmoid Nitzschia species in girdle view (2018)
  • 著者名/発表者名: Mayama N, Miura H, Ryoma Kamikawa, Mayama S
  • 学会等名: 25th International Diatom Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] 新規無色珪藻培養株の系統学的位置と白色体ゲノム解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 野村真未, 加山基, 後藤みなみ, 石井健一郎, 宮下英明, 真山茂樹, 神川龍馬
  • 学会等名: 第2回日本共生生物学会
• [学会発表] ラピモナスとは何者か？ (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤梓、加山基、野村真未、中山卓郎、宮下英明、河地正伸、神川龍馬
  • 学会等名: 第2回日本共生生物学会
• [学会発表] 新規無色珪藻における葉緑体縮退進化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 加山基、野村真未、後藤みなみ、矢吹彬憲、宮下英明、真山茂樹、神川龍馬
  • 学会等名: 第2回日本共生生物学会
• [学会発表] トランスクリプトーム解析と系統学的位置からみた太陽虫Actinophrys solの葉緑体進化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 東智範, Tomas Panek, Alex Tice, 加山基, 小林真弓, 宮下英明, 洲崎敏伸, Matthew W Brown, 神川龍馬
  • 学会等名: 第2回日本共生生物学会
• [学会発表] THE COMPLETE GENOME OF A NON-PHOTOSYNTHETIC DIATOM AND ITS PLASTIDAL SULFOLIPID BIOSYNTHESIS (2018)
  • 著者名/発表者名: Kamikawa R, Oyama K, Tanizawa Y, Mochizuki T, Nakayama T,Tanifuji, G, Nakamura Y, Kato M, Miyashita H
  • 学会等名: ISOP/PSA
  • 国際学会
• [学会発表] Diversity of genomes and functions in non-photosynthetic plastids of Ochrophyta (2018)
  • 著者名/発表者名: Ryoma Kamikawa, Azuma T, Ishii K, Miyashita H
  • 学会等名: ISEP18
  • 国際学会
• [学会発表] トランスクリプトーム解析と系統学的位置からみた 太陽虫Actinophrys solの葉緑体進化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 東 智範・Tomas Panek・Alex Tice・加山 基・小林 真弓・宮下 英明・洲崎 敏伸・Matthew W Brown・ 神川 龍馬
  • 学会等名: 日本藻類学会第43回大会
• [学会発表] 非光合成性無色珪藻類におけるクロロロフィル生合 成の進化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 加山 基・野村 真未・後藤 みなみ・矢吹 彬憲・宮 下 英明・真山 茂樹・柏山 祐一郎・神川 龍馬
  • 学会等名: 日本藻類学会第43回大会
• [学会発表] 非光合成性珪藻類葉緑体トリオースリン酸輸送体の基質特異性と紅藻類由来葉緑体の進化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 神川龍馬、Daniel Moog、野澤彰、戸澤譲
  • 学会等名: 日本藻類学会第42回大会
• [学会発表] 非光合成性珪藻類葉緑体のゲノム進化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 神川龍馬
  • 学会等名: 第41回日本藻類学会
  • 発表場所: 高知大学 (高知県高知市)
  • 年月日: 2017-03-23
• [学会発表] 光合成能喪失に伴う葉緑体ゲノム進化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 神川龍馬
  • 学会等名: 第90回日本細菌学会総会
  • 発表場所: 仙台国際センター (宮城県仙台市)
  • 年月日: 2017-03-19
  • 招待講演
• [学会発表] “非”光合成性珪藻類：進化・多様性・応用への展望 (2017)
  • 著者名/発表者名: 神川龍馬
  • 学会等名: 平成２９年度 マリンバイオテクノロジー学会「若手の会シンポジウム」
  • 招待講演
• [学会発表] 藻類が光合成を捨てるとき (2017)
  • 著者名/発表者名: 神川龍馬
  • 学会等名: 第11回ゲノム微生物学会若手の会
  • 招待講演
• [学会発表] イントロダクション：現存真核生物の多様性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 神川龍馬
  • 学会等名: 第19回進化学会シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Reductive evolution of plastids in diatoms after loss of photosynthesis (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryoma Kamikawa
  • 学会等名: International Phycological Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Evolutionary cross talk between the non-photosynthetic plastids and the cytosol of Nitzschia. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryoma Kamikawa, Daniel Moog, Akira Nozawa, Yuzuru Tozawa
  • 学会等名: The IVth Molecular Life of Diatoms
  • 国際学会
• [学会発表] Giardiaに近縁な自由生活性鞭毛虫Dysnectes brevisのMRO機能の推測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 井上貴史、谷藤吾朗、神川龍馬、久米慶太郎、稲垣祐司、橋本哲男
  • 学会等名: 第86回日本寄生虫学会
• [学会発表] ランブル鞭毛虫近縁種における分割イントロン（splintron）の探索：splintronの普遍性と成立過程の解明に向けて (2017)
  • 著者名/発表者名: 杉崎真、神川龍馬、稲垣祐司、橋本哲男、谷藤吾朗
  • 学会等名: 第86回日本寄生虫学会大会
• [学会発表] Lumiere et obscurite ～光合成能の喪失がもたらす真核生物進化～ (2016)
  • 著者名/発表者名: 神川龍馬
  • 学会等名: 水圏微生物のエネルギー利用戦略とその相互作用に関する研究会
  • 発表場所: 国立遺伝学研究所 (静岡県三島市)
  • 年月日: 2016-11-03
  • 招待講演
• [学会発表] Plastid comparative genomics elucidates multiple independent losses of photosynthesis in Cryptomonas (Cryptophyta) (2016)
  • 著者名/発表者名: Tanifuji G, Ryoma Kamikawa, Moore CE, Mills T, Inagaki Y, Hashimoto T, Archibald JM
  • 学会等名: ICES2016 Kyoto
  • 発表場所: Kyoto Prefectural University (京都府京都市)
  • 年月日: 2016-09-10
  • 国際学会
• [学会発表] Rare loss of the Calvin Benson cycle in non-photosynthetic plastids (2016)
  • 著者名/発表者名: Ryoma Kamikawa, Zauner S, Moog D, Tanifuji G, Ishida KI, Mayama S, Hashimoto T, Archibald JM, Maier UG, Miyashita H,Inagaki Y
  • 学会等名: ICES2016 Kyoto
  • 発表場所: Kyoto Prefectural University (京都府京都市)
  • 年月日: 2016-09-10
  • 国際学会
• [学会発表] インビジブル：色を捨てた"藻類"たち (2016)
  • 著者名/発表者名: 神川龍馬
  • 学会等名: 第18回進化学会WS「プロティストワールド～アプローチの多様化がもたらすもの～」
  • 発表場所: 東京工業大学 (東京都目黒区)
  • 年月日: 2016-08-25
  • 招待講演
• [学会発表] 非光合成性珪藻類無色葉緑体における機能 (2016)
  • 著者名/発表者名: 神川龍馬1，Stefan Zauner, Uwe Maier, Daniel Moog, John M. Archibald, Andrew J. Roger, 真山茂樹，石田健一郎，宮下英明，稲垣祐司
  • 学会等名: 第40回藻類学会
  • 発表場所: 日本歯科大、東京
  • 年月日: 2016-03-18
• [学会発表] 新奇ケルコゾア生物Brevimastigomonas sp. KY003株の持つ新たなミトコンドリア様オルガネラ. (2015)
  • 著者名/発表者名: 松野佑成、石井健一郎、宮下英明、神川龍馬.
  • 学会等名: 第30回日本微生物生態学会
  • 発表場所: 土浦亀城プラザ、茨城
  • 年月日: 2015-10-17
• [学会発表] The dynamics of mitochondrial metabolism in a cercozoan capable of growth in aerobic and low-oxygen conditions. (2015)
  • 著者名/発表者名: Kamikawa R
  • 学会等名: 2nd International Symposium Matryoshka-type Evolution of Eukaryotic Cells
  • 発表場所: 筑波大学、茨城
  • 年月日: 2015-09-30
  • 国際学会
• [学会発表] Convergent evolution of carbon metabolisms after loss of photosynthesis. (2015)
  • 著者名/発表者名: Kamikawa R, Inagaki Y
  • 学会等名: 2nd International Symposium Matryoshka-type Evolution of Eukaryotic Cells
  • 発表場所: 筑波大学、茨城
  • 年月日: 2015-09-30
  • 国際学会
• [学会発表] Rhopalodia科珪藻における細胞内共生シアノバクテリアのゲノム縮退進化. (2015)
  • 著者名/発表者名: 中山卓郎、神川龍馬、谷藤吾朗、稲垣祐司.
  • 学会等名: 第79回日本植物学会
  • 発表場所: 新潟コンベンションセンター、新潟
  • 年月日: 2015-09-08
• [学会発表] The dynamics of mitochondrial metabolism .in a cercozoan capable of growth in aerobic and low-oxygen conditions. (2015)
  • 著者名/発表者名: Kamikawa R
  • 学会等名: VIIECOP-ISOP joint meeting
  • 発表場所: Seville, Spain
  • 年月日: 2015-09-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ヌクレオモルフをもつ2 種の未記載渦鞭毛藻： 真核藻の細胞内共生を介し た葉緑体成立過程を解き 明かす新たなモデルとし て. (2015)
  • 著者名/発表者名: 皿井千裕、谷藤吾朗、 中山卓郎、神川龍馬、 高橋和也、石田健一郎、 岩滝光儀、稲垣祐司.
  • 学会等名: 日本進化学会第17回大会
  • 発表場所: 中央大学、東京
  • 年月日: 2015-08-21
  • 招待講演
• [学会発表] Two cercozoans from low-oxygen environments reveal the early stages of mitochondrial adaptation to anaerobiosis (2015)
  • 著者名/発表者名: Kamikawa R
  • 学会等名: Integrated Microbial Biodiversity Program meeting, Canadian Institute for Advanced Research
  • 発表場所: Victoria, Canada
  • 年月日: 2015-05-26
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] アメーバのはなし ―原生生物・人・感染症―（永宗・島野・矢吹 編） (2018)
  • 著者名/発表者名: 神川龍馬
  • 総ページ数: 152
  • 出版者: 朝倉書店
  • ISBN: 9784254171686
• [備考] Ryoma's website
  • URL: https://sites.google.com/site/ryomakamikawa/
• [備考] Ryoma's website
  • URL: https://sites.google.com/site/ryomakamikawa/Home
• [備考] Ryomas website
  • URL: https://sites.google.com/site/ryomakamikawa/Home