ヒメミカヅキモの性染色体様領域から迫る生殖様式進化の遺伝的背景

• 研究課題/領域番号: 16H04836
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物多様性・分類
• 研究機関: 日本女子大学
• 研究代表者: 関本 弘之 日本女子大学, 理学部, 教授 (20281652)
• 研究分担者: 西山 智明 金沢大学, 学際科学実験センター, 助教 (50390688)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円); 2019年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2018年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2017年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2016年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
• キーワード: ミカヅキモ / 性染色体 / 性決定遺伝子 / 有性生殖 / ホモタリズム / ヘテロタリズム / 性決定 / ヘテロタリック / ホモタリック / 他殖 / 自殖 / ゲノム解析

研究成果の概要

ヘテロタリック株（交配群I-E）のゲノム解読により、－型ゲノムのみに存在する性染色体様領域を見出し、＋型ゲノムには特異的領域がないことを明らかにした。さらに交配群II-A, II-Bおよびホモタリック株(naga37s-1, yama58-3)のゲノムも解読した。また、naga37s-1株のCpMinus1オルソログの発現レベルを形質転換により変動させることで、ヘテロタリック化傾向が強まることが示され、CpMinus1の発現が生殖様式決定に影響を与えることも明らかになった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

陸上植物における有性生殖システムは、ミカヅキモを含む接合藻類段階で獲得されたものを基礎としていると考えられる。本研究では、ヘテロタリズムを行うヒメミカヅキモの性決定機構の実態解明が進み、CpMinus1とその周辺の－型特異的なゲノム領域が一義的に性表現を決めることがあきらかになった。さらに生殖様式の進化にもCpMinus1の発現が深く関わることが示唆された。以上の結果は、植物における性分化、生殖機構の進化とゲノム変化との関係を包括的に理解する上でも、極めて重要な情報となりうると評価できる。

研究成果

• [国際共同研究] Research Center of Biodiversity/Academia Sinica(その他の国・地域 台湾)
  • 国名: その他の国・地域
  • 外国機関名: Research Center of Biodiversity/Academia Sinica
• [雑誌論文] Expression of genes from paternal alleles in rice zygotes and involvement of OsASGR-BBML1 in initiation of zygotic development (2019)
  • 著者名/発表者名: Rahman, H., Toda, E., Kobayashi, M., Kudo, T., Koshimizu, S., Takahara, M., Iwami, M., Watanabe, Y., Sekimoto, H., Yano, K., Okamoto, T.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 60 ページ: 725-737
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz030
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The genus Closterium, a new model organism to study sexual reproduction in streptophytes (2019)
  • 著者名/発表者名: Tsuchikane, Y., Sekimoto, H.
  • 雑誌名: New Phytol. 巻: 221 ページ: 99-104
  • DOI: 10.1111/nph.15334
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of a new mating group and reproductive isolation in the Closterium peracerosum-strigosum-littorale complex (2018)
  • 著者名/発表者名: Tsuchikane, Y., Kobayashi, H., Kato, M., Watanabe, J., Wu, J.-T., Sekimoto, H.
  • 雑誌名: J. Plant Res. 巻: 131 ページ: 735-746
  • DOI: 10.1007/s10265-018-1043-8
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Transcription factor DUO1 generated by neo-functionalization is associated with evolution of sperm differentiation in plants (2018)
  • 著者名/発表者名: Higo, A., Kawashima, T., ,,,Sekimoto, H.,,,, Araki, T.（計25名）
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 9 ページ: 5283
  • DOI: 10.1038/s41467-018-07728-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Molecular evolutionary analysis of a gender-limited MID ortholog from the homothallic species Volvox africanus with male and monoecious spheroids (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, K., Kawai-Toyooka, H., Hamaji, T., Tsuchikane, Y., Mori, T., Takahashi, F., Sekimoto, H., Ferris, P.J., Nozaki. H.
  • 雑誌名: PLOS One 巻: 12 ページ: e0180313
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0180313
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] CRISPR/Cas9-based knockouts reveal that CpRLP1 is a negative regulator of the sex pheromone PR-IP in the Closterium peracerosum-strigosum-littorale complex (2017)
  • 著者名/発表者名: Kanda, N., Ichikawa, M., Ono, A., Toyoda, A., Fujiyama, A., Abe, J., Tsuchikane, Y., Nishiyama, T., Sekimoto, H.
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 7 ページ: 17873
  • DOI: 10.1038/s41598-017-18251-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Sexual reproduction and sex determination in green algae (2017)
  • 著者名/発表者名: Sekimoto, H.
  • 雑誌名: J. Plant Res. 巻: 130 ページ: 423-431
  • DOI: 10.1007/s10265-017-0908-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation of knockdown transformants of unicellular charophycean alga, Closterium peracerosum-strigosum-littorale complex. (2016)
  • 著者名/発表者名: Abe, J., Hirano, N., Komiya, A., Kanda, N., Fujiwara, A., Hori, S., Tsuchikane, Y., Sekimoto, H.
  • 雑誌名: Bio-protocol 巻: 6 ページ: e1813
  • DOI: 10.21769/BioProtoc.1813
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Concanavalin A disrupts the release of fibrous material necessary for zygote formation of a unicellular charophycean alga, Closterium peracerosum-strigosum-littorale complex. (2016)
  • 著者名/発表者名: Abe, J., Hori, S., Sato, M., Sekimoto, H.
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 7 ページ: 1040
  • DOI: 10.3389/fpls.2016.01040
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] ヒメミカヅキモにおける蛍光標識CenH3タンパク質の発現による染色体可視化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 渡辺実咲, 村田隆, 堤元佐, 大友康平, 根本知己, 西山智明, 土金勇樹, 関本弘之
  • 学会等名: 日本藻類学会第45回大会
• [学会発表] 全ゲノムデータからみたヒメミカヅキモの自殖系統におけるホメオログ間組み換え (2020)
  • 著者名/発表者名: 川口也和子，土金勇樹，田中啓介，太治輝昭，豊田敦，西山智明，関本弘之，土松隆志
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会
• [学会発表] ヒメミカヅキモのPR-IPは、性フェロモンであるが有性生殖に必須ではない関連 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山口里帆子、福島早貴、今詩織、神田奈保、関本弘之
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会
• [学会発表] The mechanism of mating type determination in heterothallic strains of Closterium peracerosum-strigosum-littorale complex, a new model organism to study sexual reproduction in streptophytes (2020)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Sekimoto, Natsumi Tsuyuki, Ayumi Komiya, Tomoaki Nishiyama
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 接合藻ヒメミカヅキモにおける生殖様式の平行進化:全ゲノムデータから探る (2019)
  • 著者名/発表者名: 川口也和子、土金勇樹、田中啓介、太治輝昭、豊田敦、西山智明、関本弘之、土松隆志
  • 学会等名: 日本進化学会第21回大会
• [学会発表] アストレフォメネの多細胞形質進化の解明に向けた新規ゲノムと形質転換の確立 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山下翔大、数口敦紀、山本荷葉子、松崎令、野口英樹、水口洋平、豊田敦、河地正伸、廣野雅文、関本弘之、野崎久義
  • 学会等名: 日本植物形態学会第31回大会
• [学会発表] ヒメミカヅキモの遺伝子アノテーションとCpMinus1形質転換体の比較トランスクリプトーム解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 関本弘之、露木奈津美、小宮あゆみ、西山智明
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] Progress in Streptophyte Algae Genomics and Genetics (2019)
  • 著者名/発表者名: Tomoaki Nishiyama, Hiroaki Kamada, Daisuke Miyata, Masahiro Kasahara, Hidetoshi Sakayama, Yuki Tsuchikane, Hiroyuki Sekimoto
  • 学会等名: Plant and animal genome conference XXVII
  • 国際学会
• [学会発表] Unveiling the molecular bases involved in another evolution of multicellular complexity in Astrephomene gubernaculifera (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamashita, S., Suguchi, A., Yamamoto, K., Matsuzaki, R., Kawachi, M., Noguchi, H., Minakuchi, Y., Toyoda, A., Hirono, M., Sekimoto, H., Nozaki, H.
  • 学会等名: The 5th International Volvox Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Three sexes in the anisogamous volvocine alga Pleodorina starrii (2019)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, K., Yamashita, S., Yamamoto, K., Kawai-Toyooka, H., Tsuchikane, Y., Sekimoto, H., Nozaki, H.
  • 学会等名: The 5th International Volvox Conference
  • 国際学会
• [学会発表] The mating type determination in heterothallic strains of Closterium peracerosum-strigosum-littorale complex, a new model organism to study sexual reproduction in charophycean alga (2019)
  • 著者名/発表者名: Sekimoto, H.
  • 学会等名: The 5th International Volvox Conference
  • 国際学会
• [学会発表] The mechanism of mating type determination in heterothallic strains of Closterium peracerosum-strigosum-littorale complex, a new model organism to study sexual reproduction in streptophytes (2019)
  • 著者名/発表者名: Sekimoto, H., Tsuyuki, N., Komiya, A., Nishiyama, T.
  • 学会等名: The SEB satellite meeting "Algal model systems on the rise: understanding and exploiting the algae to land plant transition
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ネパール産ミカヅキモ属の多様性と新規交配群Hの発見 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小林弘佳、川口也和子、Mangal Man Shakya、土松隆志、関本弘之、土金勇樹
  • 学会等名: 日本植物分類学会18回大会
• [学会発表] CRISPR/Cas9-based knockouts reveal the action mechanism of the sex pheromone PR-IP in unicellular zygnematophycean alga, Closterium peracerosum-strigosum-littorale complex (2018)
  • 著者名/発表者名: Sekimoto, H.
  • 学会等名: EMBO Workshop _New shores in land plant evolution
  • 国際学会
• [学会発表] Auxin response in conjugating green algae (Zygnematophyceae) (2018)
  • 著者名/発表者名: Roman Skokan, Stanislav Vosolsob_, Junko Kawai, Hiroyuki Sekimoto, Henrik Buschmann, Jan Petr__ek
  • 学会等名: EMBO Workshop _New shores in land plant evolution
  • 国際学会
• [学会発表] ヒメミカヅキモの有性生殖進行に関わるRWP-RK遺伝子の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 平田優香、土金勇樹、西山智明、関本弘之
  • 学会等名: 日本植物学会第82回大会
• [学会発表] ヒメミカヅキモのCpMinus1形質転換体の比較トランスクリプトーム解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 露木奈津美、小宮あゆみ、大槻涼、西山智明、関本弘之
  • 学会等名: 日本植物学会第82回大会
• [学会発表] 接合藻ヒメミカヅキモ種内系統間にみられるゲノム構造の変異：生殖様式の進化との関連 (2018)
  • 著者名/発表者名: 川口也和子、土金勇樹、西山智明、関本弘之、土松隆志
  • 学会等名: 日本植物学会第82回大会
• [学会発表] ヒメミカヅキモの性フェロモンPR-IP Inducerによる生殖隔離障壁 (2018)
  • 著者名/発表者名: 土金勇樹、小林弘佳、吉田睦未、関本弘之
  • 学会等名: 日本植物学会第82回大会
• [学会発表] シャジクモ藻類ヒメミカヅキモのモデル植物化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 関本弘之
  • 学会等名: 日本植物学会第82回大会
  • 招待講演
• [学会発表] CpMinus1N遺伝子の過剰発現から明らかにするヒメミカヅキモの姉妹接合 (2018)
  • 著者名/発表者名: 板野芙美・齋藤真衣・関本弘之・土金勇樹
  • 学会等名: 日本植物分類学会第17回大会
• [学会発表] ヒメミカヅキモの 失われた交配群とその再発見 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小林弘佳・関本弘之・土金勇樹
  • 学会等名: 日本植物分類学会第17回大会
• [学会発表] ヒメミカヅキモの細胞分裂における微小管再編成過程の可視化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 村田隆,川井絢子,関本弘之,長谷部光泰
  • 学会等名: 日本植物生理学会第59回大会
• [学会発表] Functional analyses of sex specific receptor-like proteins in Closterium peracerosum-strigosum-littorale complex, using CRISPR/CAS9 system (2017)
  • 著者名/発表者名: Sekimoto, H., Kanda, N., Kon, S., Nishiyama, T., Tsuchikane, Y.
  • 学会等名: 11th International Phycological Congress
  • 国際学会
• [学会発表] CRISPR/CAS9-induced knockout in unicellular zygnematophycean alga, Closterium peracerosum-strigosum-littorale complex (2017)
  • 著者名/発表者名: Kanda, N., Tsuyuki, N., Kon, S., Nishiyama, T., Tsuchikane, Y., Sekimoto, H.
  • 学会等名: 11th International Phycological Congress
  • 国際学会
• [学会発表] CpMinus1, mt- genome specific gene of heterothallic Closterium peracerosum-strigosum-littorale complex, is involved in the sex determination (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsuyuki, N., Komiya, A., Kanda, N., Tsuchikane, Y., Nishiyama, T., Sekimoto, H.
  • 学会等名: 11th International Phycological Congress
  • 国際学会
• [学会発表] Reproductive isolation and reproductive interference by sex pheromones in Closterium peracerosum-strigosum-littorale complex (2017)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi, H., Kato, M., Sekimoto, H., Tsuchikane, Y.
  • 学会等名: 11th International Phycological Congress
  • 国際学会
• [学会発表] ヒメミカヅキモの性決定におけるCpMinus1遺伝子の逆遺伝学的解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 露木奈津美、神田奈保、小宮あゆみ、川井絢子、土金勇樹、西山智明、関本弘之
  • 学会等名: 日本植物学会第81回大会
• [学会発表] CRISPR/Cas9による、ヒメミカヅキモの性特異的受容体型タンパク質の機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 神田奈保、今詩織、藤原安理、西山智明、土金勇樹、関本弘之
  • 学会等名: 日本植物学会第81回大会
• [学会発表] 性特異的遺伝子から明らかにするミカヅキモの進化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 土金 勇樹, 土松 隆志, Shakya Mangal Man, 関本 弘之
  • 学会等名: 日本植物学会第81回大会
• [学会発表] CpMinus1, mating-type minus genome specific gene of Closterium peracerosum-strigosum-littorale complex, promotes mt_ phenotype (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsuyuki, N., Komiya, A., Kanda, N., Tsuchikane, Y., Nishiyama, T., Sekimoto, H.
  • 学会等名: The 65th NIBB Conference Marchantia Workshop 2017
  • 国際学会
• [学会発表] New insights into the sexual reproduction in unicellular zygnematophycean alga, Closterium peracerosum-strigosum-littorale complex (2017)
  • 著者名/発表者名: Sekimoto, H.
  • 学会等名: The 65th NIBB Conference Marchantia Workshop 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 接合藻ヒメミカヅキモの性フェロモンによる生殖隔離と生殖干渉 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林弘佳、加藤万智、関本弘之、土金勇樹
  • 学会等名: 日本植物分類学会第16回大会
• [学会発表] CRISPR/Cas9 システムを利用したヒメミカヅキモのマイナス型細胞特異的受容体型タンパク質 CpRLP1 の機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 神田奈保、西山智明、土金勇樹、関本弘之
  • 学会等名: 日本植物生理学会第58回大会
• [学会発表] CRISPR/Cas9 システムを利用したヒメミカヅキモのマイナス型細胞特異的受容体型キナーゼ遺伝子 CpRLK2 の機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 今詩織、神田奈保、藤原安理、市川真知子、関本弘之
  • 学会等名: 日本植物生理学会第58回大会
• [学会発表] ヒメミカヅキモの CpMinus1 遺伝子の逆遺伝学的解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 露木奈津美、神田奈保、小宮あゆみ、川井絢子、土金勇樹、西山智明、関本弘之
  • 学会等名: 日本植物生理学会第58回大会
• [学会発表] The CpMinus1 gene, specifically localized on the mating-type minus genome, is responsible for the sex determination of heterothallic Closterium peracerosum-strigosum-littorale complex (2016)
  • 著者名/発表者名: Sekimoto, H., Komiya, A., Nishiyama, T.
  • 学会等名: EMBO Workshop: New model systems for early land plant evolution
  • 国際学会
• [学会発表] シャジクモ藻類ヒメミカヅキモの性決定機構の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 関本弘之
  • 学会等名: 日本植物学会第80回大会
  • 招待講演
• [学会発表] ヒメミカヅキモの受容体型タンパク質CpRLP1の逆遺伝学的解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 神田奈保、関本弘之
  • 学会等名: 日本植物学会第80回大会
• [学会発表] エレクトロポーレーションによるシャジクモ藻類ヒメミカヅキモの安定形質転換系の確立 (2016)
  • 著者名/発表者名: 川井絢子、金澤愛樹、早川靖彦、関本弘之
  • 学会等名: 日本植物学会第80回大会
• [備考] 日本女子大学理学部物質生物科学科・関本研究室
  • URL: https://mcm-www.jwu.ac.jp/~sekimoto/
• [備考] 日本女子大学理学部物質生物科学科・関本研究室
  • URL: http://mcm-www.jwu.ac.jp/~sekimoto/Site/Home.html