ホシミドロ目藻類から迫る、陸上植物への進化メカニズム

• 研究課題/領域番号: 18K19365
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分45:個体レベルから集団レベルの生物学と人類学およびその関連分野
• 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: 池谷 仁里 神戸大学, 理学研究科, 研究員 (30531579) ; 西山 智明 金沢大学, 疾患モデル総合研究センター, 助教 (50390688)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2019年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2018年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
• キーワード: ミカヅキモ / アオミドロ / 転写因子 / ヒメミカヅキモ / ゲノム / シャジクモ / 多細胞化 / ホシミドロ目

研究成果の概要

本研究は、アオミドロなどの糸状性の多細胞体制をもつ種と二次的に単細胞に進化したヒメミカヅキモなどの種を含むシャジクモ藻綱ホシミドロ目に注目し、多細胞体制の維持と機能分化に関わる転写因子を特定し、複雑な細胞分化を遂げた陸上植物への進化において原動力となった要因を提案することを目的とした。
まずアオミドロおよびヒメミカヅキモの全ゲノム解読を終え、さまざまな転写因子遺伝子を同定した。また、アオミドロについては安定形質転換系確立を目指したが、一過的な発現に留まった。ヒメミカヅキモでは、いくつかの転写因子遺伝子の遺伝子破壊株を確立し、その表現型解析を行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、アオミドロでは逆遺伝学的手法の確立には至らなかったが、ホシミドロ目の糸状性種と単細胞種に注目し、両者のゲノム解読および転写因子遺伝子同定を行ったことは、植物進化研究という学術的意義のみならず、植物がどのように進化してきたかを社会に伝えるための第一歩としても非常に高い意義がある。

研究成果

• [雑誌論文] A divergent RWP-RK transcription factor determines mating type in heterothallic Closterium (2023)
  • 著者名/発表者名: Sekimoto, H., Komiya, A., Tsuyuki, N., Kawai, J., Kanda, N., Ootsuki, R., Suzuki, Y., Toyoda, A., Fujiyama, A., Kasahara, M., Abe, J., Tsuchikane, Y., Nishiyama, T.
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 237 号: 5 ページ: 1636-1651
  • DOI: 10.1111/nph.18662
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Zygnematophycean algae: Possible models for cellular and evolutionary biology (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohtaka Kinuka、Sekimoto Hiroyuki
  • 雑誌名: Seminars in Cell & Developmental Biology 巻: - ページ: 59-68
  • DOI: 10.1016/j.semcdb.2022.03.042
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three sex phenotypes in a haploid algal species give insights into the evolutionary transition to a self-compatible mating system (2021)
  • 著者名/発表者名: Kohei Takahashi, Hiroko Kawai-Toyooka, Ryo Ootsuki, Takashi Hamaji, Yuki Tsuchikane, Hiroyuki Sekimoto, Tetsuya Higashiyama, Hisayoshi Nozaki
  • 雑誌名: Evolution 巻: 75 号: 11 ページ: 2984-2993
  • DOI: 10.1111/evo.14306
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Highly efficient transformation of the model zygnematophycean alga <i>Closterium peracerosum‐strigosum‐littorale</i> complex by square‐pulse electroporation (2021)
  • 著者名/発表者名: Kawai Junko、Kanazawa Manaki、Suzuki Rie、Kikuchi Nanako、Hayakawa Yasuhiko、Sekimoto Hiroyuki
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 233 号: 1 ページ: 569-578
  • DOI: 10.1111/nph.17763
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anthoceros genomes illuminate the origin of land plants and the unique biology of hornworts (2020)
  • 著者名/発表者名: Li FW, Nishiyama T, et al.
  • 雑誌名: Nat. Plants 巻: 6 号: 3 ページ: 259-272
  • DOI: 10.1038/s41477-020-0618-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [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 号: 4 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 号: 1 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 号: 5 ページ: 735-746
  • DOI: 10.1007/s10265-018-1043-8
  • NAID: 40021652422
  • 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., Borg, M., Zhao, M., Lopez-Vidriero, I., Sakayama, H., et al. (他18名)
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 号: 1 ページ: 5283-5283
  • DOI: 10.1038/s41467-018-07728-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] アオミドロ属Spirogyra parvulaのゲノム解析から探る接合藻類単細胞化と遺伝子喪失 (2023)
  • 著者名/発表者名: 西山智明、池谷 仁里、高野 智之、坂山 英俊、関本 弘之
  • 学会等名: 植物分類学会第22回大会
• [学会発表] 多細胞接合藻アオミドロ属Spirogyra parvulaゲノムの解読と単細胞性接合藻および陸上植物との比較解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 西山智明、池谷 仁里、高野 智之、坂山 英俊、関本 弘之
  • 学会等名: 日本植物生理学会第64回年会
• [学会発表] ヒメミカヅキモにおけるコピー数変異がもたらした顕著なゲノムサイズ多型と遺伝子発現への影響 (2022)
  • 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24回大会
• [学会発表] 多細胞接合藻類アオミドロのゲノム解読 (2022)
  • 著者名/発表者名: 西山智明、池谷仁里、高野智之、坂山英俊、関本弘之
  • 学会等名: 日本植物学会第86回大会
• [学会発表] 異なる性表現タイプのボルボックス間比較ゲノム解析からホモタリック化に伴う性決定領域の進化を探る (2022)
  • 著者名/発表者名: 山本荷葉子、松崎令、Wuttipong Mahakham、Wirawan Heman、関本弘之、河地正伸，水口洋平，豊田 敦，野崎久義
  • 学会等名: 日本植物学会第86回大会
• [学会発表] ヒメミカヅキモBELL1遺伝子の有性生殖過程における機能解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 專田梨瑛子，加来 卓也，川井 絢子，西山 智明，関本 弘之，榊原 恵子
  • 学会等名: 日本植物学会第86回大会
• [学会発表] Male sex-determining region retained after transition from heterothallism to homothallism in a Thai strain of Volvox africanus (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto K., Matsuzaki, R., Mahakham, W., Heman, W., Sekimoto, H., Kawachi, M., Minakuchi, Y., Toyoda, A., Nozaki, H.
  • 学会等名: Volvox 2022
  • 国際学会
• [学会発表] A divergent RWP-RK transcription factor determines mating type in heterothallic Closterium (2022)
  • 著者名/発表者名: Sekimoto, H., Tsuyuki, N., Komiya, A., Nishiyama, T.
  • 学会等名: EMBO Workshop _An integrated view of early land plant evolution
  • 国際学会
• [学会発表] ヒメミカヅキモにおける顕著なゲノムサイズ多型の進化的起源と遺伝子発現パターンへの影響 (2022)
  • 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: 日本生態学会第69回大会
• [学会発表] ヒメミカヅキモ種内にみられる大規模なゲノムサイズ変異の進化的起源 (2021)
  • 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23回大会
• [学会発表] 蛍光タンパク質融合CenH3発現によるヒメミカヅキモの染色体解析とゲノム進化 (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、川口也和子、土松隆志、西山智明、土金勇樹、関本弘之
  • 学会等名: 日本植物学会第85回大会
• [学会発表] ヒメミカヅキモの有性生殖進行に機能する受容体型キナーゼ遺伝子の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山口里帆子、西山智明、神田奈保、今詩織、関本弘之
  • 学会等名: 日本植物学会第85回大会
• [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 (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] 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 algae (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
• [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