葉緑体核様体ネットワークのダイナミクスを止揚する

• 研究課題/領域番号: 16K14768
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 形態・構造
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 西村 芳樹 京都大学, 理学研究科, 助教 (70444099)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2016年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 葉緑体DNA / 核様体 / マイクロ流体デバイス / ホリデイジャンクション解離酵素 / 葉緑体核様体 / ライブイメージング / 葉緑体ゲノム / 植物 / 遺伝学 / 進化

研究成果の概要

植物の葉緑体がもつ独自のDNA（葉緑体DNA）および遺伝子発現系は、光合成装置の構築や葉緑体生合成など植物の生存に必須なプロセスを支える重要因子である。葉緑体DNAは多様なタンパク質によって折りたたまれ「核様体」を構築する。葉緑体核様体は葉緑体DNAの複製・修復・分配・転写・遺伝の基盤であるが、この葉緑体核様体が分裂し次世代に遺伝する過程を、マイクロ流体デバイスに基づくライブイメージングにより初めて捉え、さらにそれを制御する重要因子として葉緑体局在型ホリデイジャンクション解離酵素の同定に成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

遺伝情報の正確な伝達は、細胞分裂や有性生殖における最重要問題である。染色体の構造や形態、その遺伝様式はこれまで詳細かつ徹底した解析が行われてきたのに対し、葉緑体における染色体ともいうべき核様体の維持・遺伝機構は未だ謎に包まれている。本研究では、葉緑体核様体の分裂過程を生きた細胞で初めて捉えることに成功し、さらにその過程を制御する重要因子として、葉緑体DNAを正確に切り分けるハサミであるホリデイジャンクション解離酵素の遺伝子の同定に成功した。この酵素の遺伝子は緑色植物に広く保存されており、植物全般における葉緑体核様体の遺伝機構の一端が解明された。

研究成果

• [国際共同研究] ブリティッシュコロンビア大学(カナダ)
• [雑誌論文] Chloroplast nucleoids as a transformable network revealed by live imaging with a microfluidic device (2018)
  • 著者名/発表者名: Kamimura Yoshitaka、Tanaka Hitomi、Kobayashi Yusuke、Shikanai Toshiharu、Nishimura Yoshiki
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 1:47 号: 1 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1038/s42003-018-0055-1
  • NAID: 120006469191
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Isolation and characterization of Chlamydomonas autophagy-related mutants in nutrient-deficient conditions. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kajikawa, M., Yamauchi, M., Shinkawa, H., Tanaka, M., Hatano, K., Nishimura, Y., Kato, M., Fukuzawa, H.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiology 巻: 60 号: 1 ページ: 126-138
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy193
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 葉緑体核様体の形態・分配を保障するHollidayジャンクション切断酵素の発見 (2018)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Yusuke、Misumi Osami、Nishimura Yoshiki
  • 雑誌名: ＰＬＡＮＴ ＭＯＲＰＨＯＬＯＧＹ 巻: 30 号: 1 ページ: 73-81
  • DOI: 10.5685/plmorphol.30.73
  • NAID: 130007622405
  • ISSN: 0918-9726, 1884-4154
  • 査読あり
• [雑誌論文] 葉緑体DNAの分配を司るホリデイジャンクション解離酵素の発見 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西村芳樹
  • 雑誌名: バイオサイエンスとインダストリー 巻: 76(5) ページ: 404-404
• [雑誌論文] 葉緑体核様体の進化と構造のダイナミクス (2018)
  • 著者名/発表者名: 小林優介、三角修己、西村芳樹
  • 雑誌名: 化学と生物 巻: 56(10) ページ: 651-658
• [雑誌論文] ゲノム編集の時代における「緑の酵母」クラミドモナスの復権 (2018)
  • 著者名/発表者名: 浜地貴志・西村芳樹
  • 雑誌名: 生物工学 巻: 96(8) ページ: 475-475
• [雑誌論文] Chloroplast nucleoids as a transformable network revealed by live-imaging with a microfluidic device (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Kamimura, Hitomi Tanaka, Yusuke Kobayashi, Toshiharu Shikanai, Yoshiki Nishimura
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 印刷中
  • NAID: 120006469191
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The sexual reproduction program of Chlamydomonas reinhardtii. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshiki Nishimura
  • 雑誌名: MICROBIOLOGY MONOGRAPHS (Springer) Chlamydomonas Biology, Biotechnology and Biomedicine. 巻: 印刷中
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Holliday junction resolvases mediate chloroplast nucleoid segregation (2017)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Y, Misumi O, Odahara M, Ishibashi K, Hirono M, Hidaka K, Endo M, Sugiyama H, Iwasaki H, Kuroiwa T, Shikanai T, Nishimura Y.
  • 雑誌名: Science 巻: 356 号: 6338 ページ: 631-634
  • DOI: 10.1126/science.aan0038
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Gene Regulatory Networks for the Haploid-to-Diploid Transition of Chlamydomonas reinhardtii (2017)
  • 著者名/発表者名: Joo Sunjoo、Nishimura Yoshiki、Cronmiller Evan、Hong Ran Ha、Kariyawasam Thamali、Wang Ming Hsiu、Shao Nai Chun、El Akkad Saif-El-Din、Suzuki Takamasa、Higashiyama Tetsuya、Jin Eonseon、Lee Jae-Hyeok
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 175 号: 1 ページ: 314-332
  • DOI: 10.1104/pp.17.00731
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 葉緑体ゲノムの分配はHollidayジャンクション解離酵素MOC1により保障される (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林優介、三角修己、西村芳樹
  • 雑誌名: 新着論文レビュー 巻: - ページ: 043
  • DOI: 10.7875/first.author.2017.043
• [雑誌論文] Dynamic interplay between nucleoid segregation and genome integrity in Chlamydomonas chloroplasts (2016)
  • 著者名/発表者名: Odahara M, Kobayashi Y (equal contribution), Shikanai T, and Nishimura Y.
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 172 号: 4 ページ: 2337-2346
  • DOI: 10.1104/pp.16.01533
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] C-Terminal Region of Sulfite Reductase Is Important to Localize to Chloroplast Nucleoids in Land Plants. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi, Y., Otani, T., Ishibashi, K., Shikanai, T., *Nishimura, Y.
  • 雑誌名: Genome Biol. Evol. 巻: 22 号: 5 ページ: 1459-1466
  • DOI: 10.1093/gbe/evw093
  • NAID: 120006822490
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Sequence of the Gonium pectorale Mating Locus Reveals a Complex and Dynamic History of Changes in Volvocine Algal Mating Haplotypes. (2016)
  • 著者名/発表者名: Hamaji T, Mogi Y, Ferris PJ, Mori T, Miyagishima S, Kabeya Y, Nishimura Y, Toyoda A, Noguchi H, Fujiyama A, Olson BJ, Marriage TN, Nishii I, Umen JG, Nozaki H.
  • 雑誌名: G3 巻: 未定 号: 5 ページ: 1179-1189
  • DOI: 10.1534/g3.115.026229
  • NAID: 120005997691
  • 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] 葉緑体核様体のかたちを司るDNAリガーゼの同定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西村芳樹、小林優介、浜地貴志、鹿内利治
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 核様体局在のHMGBタンパク質がDNA結合ドメインを２つもつ利点 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田草川真理, 小林優介, 深尾陽一朗, 日高久美, 遠藤政幸, 杉山弘, 宮川勇, 鹿内利治, 三角修己, 西村芳樹
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Chloroplast chromosomes on the move - Exploring the dynamics of chloroplast nucleoids - (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshiki Nishimura
  • 学会等名: 理研/ERATO/CSRSセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 葉緑体核様体ネットワークの動態制御機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西村 芳樹，浜地 貴志，小林 優介，鹿内 利治
  • 学会等名: 日本植物学会第８２回大会
• [学会発表] Dynamic network structure of chloroplast nucleoids. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshiki Nishimura, Yusuke Kobayashi, Yoshitaka Kamimura, Osami Misumi, Toshiharu Shikanai
  • 学会等名: 1st Asia-Oceania International Congress on Photosynthesis.
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 葉緑体核様体のダイナミクスと進化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西村芳樹
  • 学会等名: SIC研究部セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Dynamic transformable network of chloroplast nucleoids (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshiki Nishimura, Yusuke Kobayashi, Yoshitaka Kamimura, Osami Misumi, Toshiharu Shikanai
  • 学会等名: International symposium on photosynthesis and chloroplast biogenesis.
  • 国際学会
• [学会発表] Dynamic Network Structure of Chloroplast Nucleoids. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshiki Nishimura, Yusuke Kobayashi, Yoshitaka Kamimura, Osami Misumi, Toshiharu Shikanai, Mari Takusagawa, Yusuke Kobayashi, Yoichiro Fukao, Isamu Miyakawa, Toshiharu Shikanai.
  • 学会等名: 18th International Conference on the Cell and Molecular Biology of Chlamydomonas
  • 国際学会
• [学会発表] ボルボックス系列異型配偶ユードリナにおける配偶子誘導要因の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 豊岡 博子，浜地 貴志，西村 芳樹，宮城島 進也，箕浦 高子，野崎 久義
  • 学会等名: 日本植物学会第８２回大会
• [学会発表] 母性遺伝メカニズムの解明に向けたクラミドモナス有性生殖のゲノム編集アプローチ (2018)
  • 著者名/発表者名: 浜地 貴志，山岡 尚平，鹿内 利治，西村 芳樹
  • 学会等名: 日本植物学会第８２回大会
• [学会発表] 雌雄異株種・同株種ボルボックスの性染色体領域・相同領域における比較ゲノム解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山本 荷葉子，浜地 貴志，豊岡 博子，新垣 陽子，野口 英樹，豊田 敦，水口 洋平，野崎 久義
  • 学会等名: 日本植物学会第８２回大会
• [学会発表] Biological analysis of plastid nucleoid-associated HMG-box protein in Chlamydomonas reinhardtii. (2018)
  • 著者名/発表者名: Mari Takusagawa, Yusuke Kobayashi, Yoichiro Fukao, Isamu Miyakawa, Toshiharu Shikanai, Osami Misumi, and Yoshiki Nishimura.
  • 学会等名: International symposium on photosynthesis and chloroplast biogenesis.
  • 国際学会
• [学会発表] Organelle nucleoid-associated HMG-box proteins may have been evolved independently through tandem domain duplications. (2018)
  • 著者名/発表者名: Mari Takusagawa, Yusuke Kobayashi, Yoichiro Fukao, Isamu Miyakawa, Toshiharu Shikanai, Osami Misumi, and Yoshiki Nishimura
  • 学会等名: 第14回植物縦横無尽の会
• [学会発表] Organelle nucleoid-associated HMG-box proteins may have been evolved independently through tandem domain duplications. (2018)
  • 著者名/発表者名: Mari Takusagawa, Yusuke Kobayashi, Yoichiro Fukao, Isamu Miyakawa, Toshiharu Shikanai, Osami Misumi, and Yoshiki Nishimura.
  • 学会等名: Gordon Research Conference, Mitochondria and Chloroplasts.
  • 国際学会
• [学会発表] マイクロ流体デバイスが捉えた葉緑体核様体の柔軟なネットワーク (2018)
  • 著者名/発表者名: 上村嘉誉、田中瞳、小林優介、鹿内利治、西村芳樹
  • 学会等名: 第５９回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Identification of a Holliday junction resolvase in chloroplasts (2017)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi, Y., Misumi, O., Odahara, M., Hirono, M., Hidaka, K., Endo, M., Sugiyama, H., Kuroiwa, T., Shikanai, T., Nishimura, Y.
  • 学会等名: 第５８回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 鹿児島大学、鹿児島
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] Dynamics of chloroplast nucleoid divisions captured by microfluidic device (2017)
  • 著者名/発表者名: Kamimura, Y., Kobayashi, Y., Shikanai, T., Nishimura, Y.
  • 学会等名: 第５８回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 鹿児島大学、鹿児島
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] Mechanism for the Cell-type Specific Expression of the Chloroplast ndh Genes in Zea Mays. (2017)
  • 著者名/発表者名: Yano, H., Ishibashi, K., Nishimura, Y., Shikanai, T.
  • 学会等名: 第５８回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 鹿児島大学、鹿児島
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] Visualization of chloroplast-targeted autophagy in Chlamydomonas reinhardtii (2017)
  • 著者名/発表者名: Li, N., Nishimura, Y., Ramundo, S., Hidema, J., Izumi, M.
  • 学会等名: 第５８回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 鹿児島大学、鹿児島
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] 葉緑体核様体の形や遺伝はホリデイジャンクション解離酵素によって制御される (2017)
  • 著者名/発表者名: usuke Kobayashi, Osami Misumi, Masaki Odahara, Kota Ishibashi, Masafumi Hirono, Kumi Hidaka, Masayuki Endo, Hiroshi Sugiyama, Hiroshi Iwasaki, Tsuneyoshi Kuroiwa, Toshiharu Shikanai, Yoshiki Nishimura
  • 学会等名: 日本植物学会第８１回大会
• [学会発表] Dynamics of chloroplast nucleoid divisions captured by microfluidic device (2017)
  • 著者名/発表者名: 上村嘉誉, 小林優介, 鹿内利治, 西村芳樹
  • 学会等名: 第５８回日本植物生理学会年会
• [学会発表] オルガネラ核様体のダイナミズム (2017)
  • 著者名/発表者名: 西村芳樹
  • 学会等名: 京都産業大学 バイオフォーラム
  • 招待講演
• [学会発表] 亜硫酸還元酵素のC 末端領域は葉緑体核様体局在に重要である (2016)
  • 著者名/発表者名: 小林優介, 鹿内利治, 西村芳樹
  • 学会等名: 日本植物学会第８０回大会
  • 発表場所: 沖縄コンベンションセンター、沖縄
  • 年月日: 2016-09-16
• [学会発表] Restructuring of chloroplast nucleoids factor during the green plant evolution. (2016)
  • 著者名/発表者名: Nishimura, Y.
  • 学会等名: The 13th International Colloquium of Endocytobiology and Symbiosis
  • 発表場所: 京都府立大学、京都
  • 年月日: 2016-09-10
  • 国際学会
• [備考] 京都大学大学院 理学研究科 植物分子遺伝学研究室
  • URL: http://www.bot.kyoto-u.ac.jp/j/5_iden.html
• [備考] 京都大学理学研究科植物教室 植物分子遺伝学
  • URL: http://www.bot.kyoto-u.ac.jp/annual/5_iden.html