性決定領域の起源と進化：原始的な多細胞海産藻類アオサ・アオノリの系統を探る

• 研究課題/領域番号: 17H03705
• 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: 形態・構造
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 河野 重行 東京大学, フューチャーセンター推進機構, 特任研究員 (70161338)
• 研究分担者: 宮村 新一 筑波大学, 生命環境系, 准教授 (00192766) ; 桑野 和可 長崎大学, 水産・環境科学総合研究科(水産), 教授 (60301363)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円); 2019年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2018年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2017年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
• キーワード: ゲノム / 交配型 / 雌雄性 / アオノリ / 非対称性 / 性決定領域 / Ulva partita / Ulva prolifera / 母性遺伝 / 同形配偶子接合 / 微生物・藻類形態

研究成果の概要

アオサ藻綱に属するショウジョウアオノリとスジアオノリはその雌雄配偶子が同形から異形へわずかに進化した種である。大きさという変動しやすい量的形質から、左右の非対称性という一義的な形質に目を転ずると、眼点と接合装置の位置が雌雄で逆転している。雌雄に大きさの差が生じる前から、左右の非対称性があることがわかっている。雌雄性とはこの非対称性のことなのだろうか？ オルガネラの母性遺伝はどうかかわっているのか？ゲノム解析で明らかになった交配型(MT)領域を手がかりに性決定の起源と進化に迫った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

アオサやアオノリはふりかけ海苔などに加工されることもあって日本人には馴染み深い。海でこれらの海藻を手に取って見ると、細胞が二層膜状に並んだものと一層チューブ状のものとがあり、前者をアオサ、後者をアオノリと呼んでいる。細胞が二層か一層かで食感や香りに大きな違いが生じる。一方、海水の富栄養化などが原因で、アオサやアオノリが大量繁殖すると緑潮（グリーンタイド）となる。2008年の北京五輪セーリングコースに押し寄せた大量の海藻は記憶に新しい。その原因は冨栄養化だけでなく、アオサやアオノリが性を喪失し不稔化するところが大きいことがわかってきている。それは本研究の主要テーマに直結することでもある。

研究成果

• [雑誌論文] The <i>Parachlorella</i> Genome and Transcriptome Endorse Active RWP-RK, Meiosis and Flagellar Genes in Trebouxiophycean Algae (2019)
  • 著者名/発表者名: Ota, S., Oshima, K., Yamazaki, T., Takeshita, T., Bisova, K., Zachleder, V., Hattori, M. and Kawano, S.
  • 雑誌名: ＣＹＴＯＬＯＧＩＡ 巻: 84 号: 4 ページ: 323-330
  • DOI: 10.1508/cytologia.84.323
  • NAID: 130007769499
  • ISSN: 0011-4545, 1348-7019
  • 年月日: 2019-12-25
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ultrafast simultaneous Raman-fluorescence spectroscopy. (2019)
  • 著者名/発表者名: Lindley, M., Hiramatsu, K., Nomoto, H., Shibata, F., Takeshita, T., Kawano, S. and Goda, K.
  • 雑誌名: Anal. Chem. 巻: 91 ページ: 15563-15563
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Asexual thalli originated from sporophytic thalli via apomeiosis in the green seaweed Ulva. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ichihara, K., Yamazaki, T., Miyamura, S., Hiraoka, M. and Kawano, S.
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 9 号: 1 ページ: 13523-13523
  • DOI: 10.1038/s41598-019-50070-x
  • NAID: 120007163346
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Three-dimensional ultrastructure and hyperspectral imaging of metabolite accumulation and dynamics in Haematococcus and Chlorella. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ota, S. and Kawano, S.
  • 雑誌名: Microscopy 巻: 68 号: 1 ページ: 57-68
  • DOI: 10.1093/jmicro/dfy142
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Independent regulation of the lipid and starch synthesis pathways by sulfate metabolites in the green microalga Parachlorella kessleri under sulfur starvation conditions. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamazaki, T., Konosu, E., Takeshita, T., Hirata, A., Ota, S., Kazama, Y., Abe, T., Kawano, S.
  • 雑誌名: Algal Res. 巻: 36 ページ: 37-47
  • DOI: 10.1016/j.algal.2018.09.022
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparison of lipid productivity of Parachlorella kessleri heavy-ion beam irradiation mutant PK4 in laboratory and 150-L mass bioreactor, identification and characterization of its genetic variation. (2018)
  • 著者名/発表者名: Takeshita, T., Ivanov, I. N., Oshima, K., Ishii, K., Kawamoto, H., Ota, S., Yamazaki, T., Hirata, A., Kazama, Y., Abe, T., Hattori, M., Bisova, K., Zachleder, V. and Kawano, S.
  • 雑誌名: Algal Res. 巻: 35 ページ: 416-426
  • DOI: 10.1016/j.algal.2018.09.005
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Carotenoid dynamics and lipid droplet containing astaxanthin in response to light in the green alga Haematococcus pluvialis (2018)
  • 著者名/発表者名: Ota Shuhei、Morita Aya、Ohnuki Shinsuke、Hirata Aiko、Sekida Satoko、Okuda Kazuo、Ohya Yoshikazu、Kawano Shigeyuki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1038/s41598-018-23854-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] High-Speed Video Analysis of the Flagellar Movement of Isogametes during Fertilization of the Marine Green Macroalga, <i>Chaetomorpha spiralis</i> (Ulvophyceae, Chlorophyta) (2018)
  • 著者名/発表者名: Miyamura, S., Nomura, M., Mitsuhashi, F. and Nagumo, T.
  • 雑誌名: ＣＹＴＯＬＯＧＩＡ 巻: 83 号: 1 ページ: 109-114
  • DOI: 10.1508/cytologia.83.109
  • NAID: 130006588551
  • ISSN: 0011-4545, 1348-7019
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Extraction and molybdenum blue-based quantification of total phosphate and polyphosphate in Parachlorella (2017)
  • 著者名/発表者名: Ota Shuhei、Kawano Shigeyuki
  • 雑誌名: BIO-PROTOCOL 巻: 7 号: 17 ページ: 1-5
  • DOI: 10.21769/bioprotoc.2539
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Morphological and physiological differences among cultivation lines of Undaria pinnatifida in a common garden experiment using a tank culture system (2017)
  • 著者名/発表者名: Sato Yoichi、Hirano Tomonari、Ichida Hiroyuki、Murakami Motoko、Fukunishi Nobuhisa、Abe Tomoko、Kawano Shigeyuki
  • 雑誌名: Journal of Applied Phycology 巻: 29 号: 5 ページ: 2287-2295
  • DOI: 10.1007/s10811-017-1170-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genomic structure and evolution of the mating type locus in the green seaweed Ulva partita (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamazaki Tomokazu、Ichihara Kensuke、Suzuki Ryogo、Oshima Kenshiro、Miyamura Shinichi、Kuwano Kazuyoshi、Toyoda Atsushi、Suzuki Yutaka、Sugano Sumio、Hattori Masahira、Kawano Shigeyuki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 11679-11679
  • DOI: 10.1038/s41598-017-11677-0
  • NAID: 120007134814
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effect of water velocity on Undaria pinnatifida and Saccharina japonica growth in a novel tank system designed for macroalgae cultivation (2017)
  • 著者名/発表者名: Sato Yoichi、Yamaguchi Masaki、Hirano Tomonari、Fukunishi Nobuhisa、Abe Tomoko、Kawano Shigeyuki
  • 雑誌名: Journal of Applied Phycology 巻: 29 号: 3 ページ: 1429-1436
  • DOI: 10.1007/s10811-016-1013-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Uptake of nitrogen and production of kainic acid by laboratory culture of the red alga Digenea simplex (2017)
  • 著者名/発表者名: Jiang Shanshan、Kuwano Kazuyoshi、Nishihara Gregory N.、Urata Chisato、Shimoda Ryusuke、Takatani Tomohiro、Arakawa Osamu
  • 雑誌名: Phycol. Res. 巻: 66 号: 1 ページ: 68-75
  • DOI: 10.1111/pre.12196
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] アポミクシスはスジアオノリの適応戦略に影響するか？ (2017)
  • 著者名/発表者名: 市原健介・河野重行
  • 雑誌名: BSJ-review 巻: 8 ページ: 141-151
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 高校生物と植物の性染色体 (2017)
  • 著者名/発表者名: 風間裕介・石井公太郎・阿部知子・半本秀博・河野重行
  • 雑誌名: 遺伝 巻: 71 ページ: 262-268
• [学会発表] 日本沿岸域に生育する2種のアオノリの比較ゲノム解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山崎誠和、市原健介、桑野和可、宮村新一、河野重行
  • 学会等名: 日本藻類学会第44回大会
• [学会発表] 海産緑藻の配偶子，動接合子，遊走子における眼点のサイズと生育環境との関係 (2020)
  • 著者名/発表者名: 宮村新一、桑野和可、河野重行
  • 学会等名: 日本藻類学会第44回大会
• [学会発表] 日本沿岸域に生育する2種のアオノリで起きたオルソログの分子進化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山﨑誠和、市原健介、桑野和可、宮村新一、河野重行
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] 海産緑藻の配偶子，動接合子，遊走子における眼点のサイズと分布 (2019)
  • 著者名/発表者名: 宮村新一、河野重行
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] Semi-in vitro アッセイ系を用いた母性遺伝における父方ミトコンドリアDNA分解の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 浦川直希、中村聡、岸本真理子、森山陽介、鈴木孝征、横川大輔、河野重行、東山哲也、佐々木成江
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] Exclusion and selection of male and female ogranelles during the developmental process from zygotes to the thallus in Ulva partita (2019)
  • 著者名/発表者名: Kawano, S., Mogi, Y., Yamazaki, T., Miyamura, S., Kuwano, K.
  • 学会等名: 7th European Phycological Congress
  • 国際学会
• [学会発表] An optimum condition for promoting growth and maturation at gametophyte stage of Undaria pinnatifida by optimal screening and application for the seedling production on industrial-scale (2019)
  • 著者名/発表者名: Sato, Y., Oikawa, H., Kanematsu, K., Naka, H., Kawano, S.
  • 学会等名: AlgalBBB 2019: The 9th International Conference on Algal Biomass
  • 国際学会
• [学会発表] 海産緑藻フトジュズモの動接合子と遊走子の鞭毛装置- 眼点の配置と協調的鞭毛運動の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 宮村 新一、野村 真未、南雲 保、稲葉 一男、河野 重行
  • 学会等名: 日本藻類学会第43回大会、京都大学・吉田南キャンパス（京都市）
• [学会発表] アオサ藻綱アオサ目に属するショウジョウアオノリとスジアオノリの比較ゲノム解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山﨑 誠和、市原 健介、桑野 和可、河野 重行
  • 学会等名: 日本植物学会第82回大会、広島国際会議場（広島県・広島市）
• [学会発表] アオノリの雌雄性と接合初期から葉状体発達過程における雌雄オルガネラの排除と選択 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 康太、市原 健介、大田 修平、山﨑 誠和、工藤 恭子、宮村 新一、平田 愛子、河野 重行
  • 学会等名: 日本植物学会第82回大会、広島国際会議場（広島県・広島市）
• [学会発表] 母性遺伝におけるミトコンドリアDNA選択的消失に関与するヌクレアーゼの探索 (2018)
  • 著者名/発表者名: 浦川 真希、中村 聡、岸本 真理子、森山 陽介、桑田 啓子、鈴木 孝征、横川 大輔、河野 重行、東山 哲也、佐々木 成江
  • 学会等名: 日本植物学会第82回大会、広島国際会議場（広島県・広島市）
• [学会発表] ハイパースペクトラルイメージングと画像解析による微細藻類のモニタリングシステムの開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大貫 慎輔、大田 修平、河野 重行、大矢 禎一
  • 学会等名: 日本植物学会第82回大会、広島国際会議場（広島県・広島市）
• [学会発表] アオノリ接合初期の細胞動態と葉状体発達過程における雌雄オルガネラの排除と選択 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 康太、市原 健介、大田 修平、山崎 誠和、工藤 恭子、宮村 新一、平田 愛子、河野 重行
  • 学会等名: 日本藻類学会第42回大会 東北大学・青葉山新キャンパス（宮城県・仙台市）
• [学会発表] 三陸産ワカメ優良系統開発と実用化に向けた取り組み (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 陽一、萩原 亮、斎藤 大輔、中 裕之、柏谷 伸一、平野 智也、市田 裕之、福西 暢尚、阿部 知子、河野 重行、小野 克徳
  • 学会等名: 日本藻類学会第42回大会 東北大学・青葉山新キャンパス（宮城県・仙台市）
• [学会発表] ワカメ配偶体および胞子体の生長最適条件の検討と種苗生産技術への活用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 陽一、及川 浩生、最上谷 美穂、兼松 宏一、中 裕之、柏谷 伸一、遠藤 光、河野 重行
  • 学会等名: 日本藻類学会第42回大会 東北大学・青葉山新キャンパス（宮城県・仙台市）
• [学会発表] 海産緑藻フトジュズモの動接合子、遊走子における眼点と鞭毛の配列と協調的鞭毛運動 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮村新一、野村真未、南雲 保
  • 学会等名: 日本植物学会第81回大会 東京理科大学・野田キャンパス（千葉県・野田市）
• [学会発表] 光刺激で応答するヘマトコッカス藻の細胞内色素とオイルの動態イメージング (2017)
  • 著者名/発表者名: 大田 修平、森田 彩、関田 諭子、大貫 慎輔、平田 愛子、奥田 一雄、大矢 禎一、河野 重行
  • 学会等名: 日本植物学会第81回大会 東京理科大学・野田キャンパス（千葉県・野田市）
• [学会発表] クロレラの内部倍数性機構の解明と鉄イオンビームによる染色体の分断化と再構成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石井 公太郎、浅野 円花、風間 裕介、佐々木 成江、東山 哲也、阿部 知子、河野 重行
  • 学会等名: 日本植物学会第81回大会 東京理科大学・野田キャンパス（千葉県・野田市）
• [学会発表] 性特異的な領域の構造と進化：一分子リアルタイムシークエンスによるアオサ藻ゲノムの解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山崎 誠和、市原 健介、桑野 和可、 河野 重行
  • 学会等名: 日本植物学会第81回大会 東京理科大学・野田キャンパス（千葉県・野田市）
• [学会発表] アオサ藻Ulva partitaにおける一過的形質転換系の開発とゲノム編集の可能性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 亮吾、大田 修平、市原 健介、山崎 誠和、桑野 和可、河野 重行
  • 学会等名: 日本植物学会第81回大会 東京理科大学・野田キャンパス（千葉県・野田市）
• [学会発表] ハイパースペクトルおよび凍結割断法によるヘマトコッカス細胞の色素とオイル顆粒の光応答動態解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大田修平、森田彩、大貫慎輔、平田愛子、関田諭子、奥田一雄、大矢禎一、河野重行
  • 学会等名: 本植物形態学会第29回大会 東京理科大学・野田キャンパス（千葉県・野田市）
• [学会発表] Endopolyploidy, fragmentation and reconstitution of chromosomes by the heavy-ion beam irradiation in Parachlorella kessleri (2017)
  • 著者名/発表者名: S.Kawano, M.Asano, K.Ishii, Y.Kazama, T.Abe, T.Takeshita, S.Ota, T.Yamazaki, K.Bisova, V.Zachleder
  • 学会等名: BioTech 2017 and 7th Czech-Swiss Symposium with Exhibition
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] KEGG pathway and transcriptome analyses under two conditions, sulfur deprivation and high light, accelerating starch and lipid accumulation in Parachlorella kessleri (2017)
  • 著者名/発表者名: T.Takeshita, T.Yamazaki, S.Ota, M. Erata, S. Kawano
  • 学会等名: BioTech 2017 and 7th Czech-Swiss Symposium with Exhibition
  • 国際学会
• [備考] 機能性バイオプロジェクト：研究紹介
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/pls/research.html