性染色体領域の比較解析に基づく「雌雄性の誕生」の進化生物学的研究

• 研究課題/領域番号: 24247042
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 進化生物学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 野崎 久義 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (40250104)
• 研究分担者: 宮城島 進也 国立遺伝学研究所, 新分野創造センター, 特任准教授 (00443036) ; 関本 弘之 日本女子大学, 理学部, 教授 (20281652)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 39,520千円 (直接経費: 30,400千円、間接経費: 9,120千円); 2015年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円); 2014年度: 9,620千円 (直接経費: 7,400千円、間接経費: 2,220千円); 2013年度: 10,790千円 (直接経費: 8,300千円、間接経費: 2,490千円); 2012年度: 11,830千円 (直接経費: 9,100千円、間接経費: 2,730千円)
• キーワード: 群体性ボルボックス目 / 雌雄性の進化 / 多細胞化 / 性染色体領域 / 性特異的遺伝子 / 同型配偶 / 異型配偶 / 卵生殖 / 全ゲノム情報 / 性特異的的遺伝子 / 進化 / 雌雄性進化 / 比較ゲノム / 性決定遺伝子 / ゲノム解読

研究成果の概要

群体性ボルボックス目同型配偶ゴニウム（Gonium pectorale）の全ゲノム解読データを基に性決定領域の進化と多細胞化の初期進化が遺伝子・ゲノムレベルで明らかになった。ゴニウムの性決定領域にはボルボックスの新規メス・オス特異的遺伝子群は認められず、同型配偶の段階では獲得されていなかったことが推測された（Hamaji et al. 2016, G3）。 ゴニウムの全ゲノム解読データを単細胞クラミドモナスと細胞分化のある多細胞ボルボックスのものと比較解析した結果、細胞周期関連の遺伝子が多細胞化の原因であること明らかにした(Hanschen et al. 2016, Nat. Comm.)。

研究成果

• [国際共同研究] アリゾナ大学/カンザス州立大学(米国)
• [国際共同研究] ウィットウォータース大学(南アフリカ)
• [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
• [雑誌論文] The Gonium pectorale genome demonstrates cooption of cell cycle regulation during the evolution of multicellularity (2016)
  • 著者名/発表者名: Erik R. Hanschen, Tara N. Marriage, Patrick J. Ferris, Takashi Hamaji, Atsushi Toyoda, Asao Fujiyama, Rafik Neme, Hideki Noguchi, Yohei Minakuchi, Masahiro Suzuki, Hiroko Kawai-Toyooka, David R. Smith, Halle Sparks, Jaden Anderson, Robert Bakaric, Victor Luria, Amir Karger, Marc Kirschner, et al.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 7 号: 1 ページ: 11370-11370
  • DOI: 10.1038/ncomms11370
  • 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] A new type of 3D peripheral ultrastructure in Glaucocystis (Glaucocystales, Glaucophyta) as revealed by ultra-high voltage electron microscopy. (2016)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, T., Nishida, T., Saito, C., Yasuda, H. and Nozaki, H.
  • 雑誌名: J. Phycol. 巻: 52 号: 3 ページ: 486-490
  • DOI: 10.1111/jpy.12412
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Delineation of six species of the primitive algal genus Glaucocystis based on in situ ultrastructural characteristics. (2016)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, T., Nishida, T., Tuji, A., Saito, C., Matsuzaki, R., Sato, M., Toyooka, K., Yasuda, H., Nozaki, H.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1 ページ: 29209-29209
  • DOI: 10.1038/srep29209
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Next-generation sequencing of an 88-year-old specimen of the poorly known species Liagora japonica (Nemaliales, Rhodophyta) supports the recognition of Otohimella gen. nov. (2016)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, M., Segawa, T. Mori, H., Akiyoshi, A., Ootsuki, R., Kurihara, A., Sakayama, H., Kitayama, T., Abe, T., Kogame, K., Kawai, H., Nozaki, H.
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 11 号: 7 ページ: e0158944-e0158944
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0158944
  • NAID: 120005844143
  • 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] Inflated organelle genomes and a circular-mapping mtDNA probably existed at the origin of coloniality in volvocine green algae. (2016)
  • 著者名/発表者名: Featherston, J., Arakaki, Y., Nozaki, H., Durand, P. M., Smith, D. R.
  • 雑誌名: Eur. J. Phycol. 巻: 51 号: 4 ページ: 369-377
  • DOI: 10.1080/09670262.2016.1198830
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A rickettsial endosymbiont inhabiting the cytoplasm of Volvox carteri (Volvocales, Chlorophyceae). (2014)
  • 著者名/発表者名: Kawafune, K., Hongoh, Y. and Nozaki, H.
  • 雑誌名: Phycologia 巻: 53 号: 1 ページ: 95-99
  • DOI: 10.2216/13-193.1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sex-specific post-translational regulation of the gamete fusogen GCSI in the isogamous volvocine alga Gonium pectorale. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kawai-Toyooka H, Mori T, Hamaji T, Suzuki M, Olson BJ, Uemura T, Ueda T, Nakano A, Toyoda A, Fujiyama A, Nozaki H
  • 雑誌名: EUkaryotic Cell 巻: (in press) 号: 5 ページ: 648-656
  • DOI: 10.1128/ec.00330-13
  • 査読あり
• [雑誌論文] taxonomic study of snow Chloromonas species (Volvocales, Chlorophyceae) based on light and electron microscopy and molecular analysis of cultured material. (2014)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki, R., Hara, Y. and Nozaki, H.
  • 雑誌名: Phycologia 巻: 53 号: 3 ページ: 293-304
  • DOI: 10.2216/14-3.1
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Surface Ornamentation of <i>Cyanophora paradoxa</i> (Cyanophorales, Glaucophyta) Cells as Revealed by Ultra-High Resolution Field Emission Scanning Electron Microscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, T., Sato, M., Toyooka, K. and Nozaki, H.
  • 雑誌名: ＣＹＴＯＬＯＧＩＡ 巻: 79 号: 1 ページ: 119-123
  • DOI: 10.1508/cytologia.79.119
  • NAID: 130004448264
  • ISSN: 0011-4545, 1348-7019
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Phylogenomic analysis of “red” genes from two divergent species of the “green” secondary phototrophs, the chlorarachniophytes, suggests multiple horizontal gene transfers from the red lineage before the divergence of extant chlorarachniophytes. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yang, Y., Matsuzaki, M., Takahashi, F., Qu, L. and Nozaki, H.
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 9 号: 6 ページ: e101158-e101158
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0101158
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Five Cyanophora (Cyanophorales, Glaucophyta) species delineated based on morphological and molecular data. (2014)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, T., Sato, M., Toyooka, K., Matsuzaki, R., Kawafune, K., Kawamura, M., Okuda, K. and Nozaki, H.
  • 雑誌名: J. Phycol. 巻: 50 号: 6 ページ: 1058-1069
  • DOI: 10.1111/jpy.12236
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mitochondrial and plastid genomes of the colonial green alga Gonium pectorale give insights into the origins DNA architecture within the Volvocales. (2013)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hamaji
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 8 号: 2 ページ: e57177-e57177
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0057177
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The evolution of male-female sexual dimorphism predates the gender-based divergence of the mating locus gene MAT3/RB. (2013)
  • 著者名/発表者名: Rintaro Hiraide
  • 雑誌名: Molecular Biology and Evolution 巻: 30 号: 5 ページ: 1038-1040
  • DOI: 10.1093/molbev/mst018
  • 査読あり
• [雑誌論文] Distribution of the sex-determining gene MID and molecular correspondence of mating types within the isogamous genus Gonium (Volvocales, Chlorophyta). (2013)
  • 著者名/発表者名: Hamaji T, Ferris PJ, Nishii I, Nishimura Y, Nozaki H
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 8 号: 5 ページ: e64385-e64385
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0064385
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Simplest Multicellular Organism Unvailed. (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoko Arakaki・Hiroko Kawai-Toyooka・Yuki Hamamura・Tetsuya Higashiyama・Akira Noga・Masafumi Hirono・Bradley J. S. C. Olson・Hisayoshi Nozaki.
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 8 号: 12 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0081641
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Organelle genome complexity scales positively with organism size in volvocine green algae. (2013)
  • 著者名/発表者名: Smith DR, Hamaj i T, Olson BJ, Durand PM, Ferris P, Michod RE, Featherston J, Nozaki H, Keeling PJ
  • 雑誌名: Molecular Biology and Evolution 巻: 30 号: 4 ページ: 793-797
  • DOI: 10.1093/molbev/mst002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrastructure of the rickettsial endosymbiont "MIDORIKO"in the green alga Carteria cerasiformis as revealed by high-pressure freezing and freeze-substitution fixation. (2012)
  • 著者名/発表者名: Kawafune, K. , Sato, M., Toyooka, K. Nozaki, H
  • 雑誌名: Protoplasma 巻: (印刷中) 号: 4 ページ: 949-953
  • DOI: 10.1007/s00709-012-0469-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Description of two new monoecious species of Volvox sect.Volvox (Volvocaceae, Chlorophyceae), based on comparative morphology and molecular phylogeny of cultured material (2012)
  • 著者名/発表者名: Nanako Isaka
  • 雑誌名: Journal of Phycology 巻: (印刷中) 号: 3 ページ: 759-767
  • DOI: 10.1111/j.1529-8817.2012.01142.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] EVIDENCE FOR TUBULAR MATING STRUCTURES INDUCED IN EACH MATING TYPE OF HETEROTHALLIC GONIUM PECTORALE (VOLVOCALES, CHLOROPHYTA) (2012)
  • 著者名/発表者名: Mogi Y, Hamaji T, Suzuki M, Ferris P, Mori T, Kabeya Y, Miyagishima S, Nozaki H
  • 雑誌名: Journal of Phycology 巻: 47(印刷中) 号: 3 ページ: 670-674
  • DOI: 10.1111/j.1529-8817.2012.01149.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Zygospore formation between homothallic and heterothallic strains of Closterium. (2012)
  • 著者名/発表者名: Tsuchikane, Y., Tsuchiya, M., Hindák, F., Nozaki, H., Sekimoto, H.
  • 雑誌名: Sex Plant Reprod. 巻: 25 号: 1 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1007/s00497-011-0174-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Expression of nucleus-encoded chloroplast division genes and proteins regulated by algai cell cycle.(掲載確定) (2012)
  • 著者名/発表者名: Shin-ya Miyagishima, Kenji Suzuki, Kumiko Okazaki, Yukihiro Kabeya
  • 雑誌名: Molecular Biology and Evolution 巻: 29 号: 10 ページ: 2957-2970
  • DOI: 10.1093/molbev/mss102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Properties of cell surface carbohydrates in sexual reproduction of the Closterium peracerosum-strigosum-littorale complex (Zygnematophyceae, Charophyta) (2012)
  • 著者名/発表者名: Hori, S., Sekimoto, H., Abe, J
  • 雑誌名: Phycol. Res 巻: 60 号: 4 ページ: 254-260
  • DOI: 10.1111/j.1440-1835.2012.00656.x
  • NAID: 10031136641
  • 査読あり
• [雑誌論文] New insights into the regulation of sexual reproduction in Closterium (2012)
  • 著者名/発表者名: Sekimoto, H., Abe, J., Tsuchikane, Y.
  • 雑誌名: The international review of Cell and Molecular Biology 巻: 297 ページ: 309-338
  • DOI: 10.1016/b978-0-12-394308-8.00014-5
  • ISBN: 9780123943088
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure, regulation, and evolution of the plastid division machinery (2011)
  • 著者名/発表者名: Shin-ya Miyagishima, Hiromitsu Nakanishi, and Yukihiro Kabeya
  • 雑誌名: Int. Rev. Cell. Mol. Biol. 巻: 291 ページ: 115-153
  • DOI: 10.1016/b978-0-12-386035-4.00004-5
  • 査読あり
• [学会発表] Comparative genomics of isogamous and anisogamous volvocine algae reveals molecular evolutionary insights into sex specific genes (2017)
  • 著者名/発表者名: Hamaji, T., Kawai-Toyooka, H., Uchimura, H., Suzuki, M., Toyoda, A., Noguchi, H., Minakuchi, Y., Fujiyama, A., Miyagishima, SY., Nozaki, H
  • 学会等名: Advanced Genome Science International Symposium "The Start of New Genomics
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス（東京都文京区）
  • 年月日: 2017-01-10
  • 国際学会
• [学会発表] ボルボックス系列緑藻における雌雄性獲得前後での性決定領域の比較ゲノム解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 浜地貴志、豊岡博子、内村悠、鈴木雅大、豊田敦、野口英樹、水口洋平、藤山秋佐夫、宮城島進也、野崎久義
  • 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（沖縄県宜野湾市）
  • 年月日: 2016-09-16
• [学会発表] ゲノム情報を用いた緑藻ボルボックス系列における多細胞化初期段階の比較解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 新垣陽子、宮城島進也、豊岡博子、野崎久義
  • 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（沖縄県宜野湾市）
  • 年月日: 2016-09-16
  • 招待講演
• [学会発表] Evolution of volvocine mating-type/gender-specific genes deduced from de novo genome sequencing of isogamous Yamagishiella and anisogamous Eudorina (2016)
  • 著者名/発表者名: Kawai-Toyooka, H., Hamaji, T., Uchimura, H., Suzuki, M., Toyoda, A., Noguchi, H., Minakuchi, Y., Fujiyama, A., Miyagishima, SY., Nozaki, H.
  • 学会等名: The 69th Yamada Conference 17th International Conference on the Cell and Molecular Biology of Chlamydomonas
  • 発表場所: 京都国際会議場（京都府京都市）
  • 年月日: 2016-06-26
  • 国際学会
• [学会発表] ボルボックスの仲間を用いた多細胞化と雌雄性の進化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 野崎久義
  • 学会等名: 第４回細胞凝集研究会
  • 発表場所: 札幌全日空ホテル（北海道札幌市）
  • 招待講演
• [学会発表] 雌雄同体群体から精子束が泳ぎでないで自家受精だけするボルボックスの1 種 (2015)
  • 著者名/発表者名: 野崎久義、植木紀子、三角修己
  • 学会等名: 日本藻類学会第39回大会
  • 発表場所: 九州大学箱崎キャンパス、福岡市
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-22
• [学会発表] 緑藻ボルボックスの仲間から探る雌雄性の進化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 野崎久義
  • 学会等名: 第84回日本寄生虫学会大会サテライトシンポジウム「第28回分子生物学・生理生化学研究会」
  • 発表場所: 杏林大学三鷹キャンパス、三鷹市
  • 年月日: 2015-03-20
  • 招待講演
• [学会発表] 初めて南アフリカ以外から採取されたVolvox capensis Rich & Pocock (1933) (2015)
  • 著者名/発表者名: 野崎久義、植木紀子、三角修己、Matthew Herron
  • 学会等名: 日本植物分類学会第14回大会
  • 発表場所: 福島大学、福島市
  • 年月日: 2015-03-06 – 2015-03-08
• [学会発表] ボルボックスの仲間を用いて探るメスとオスの進化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 野崎久義
  • 学会等名: 自然史学会連合講演会「第一線の研究者が語る進化の謎」
  • 発表場所: ミュージアムパーク茨城県自然博物館、茨城県坂東市
  • 年月日: 2014-11-23
  • 招待講演
• [学会発表] 群体性藻類Stephanosphaera（緑藻綱，オオヒゲマワリ目）の単細胞性姉妹群の再検討 (2014)
  • 著者名/発表者名: 宗像英仁、仲田崇志、野崎久義、冨田勝
  • 学会等名: 日本植物学会第78回大会
  • 発表場所: 明治大学生田キャンパス、川崎市
  • 年月日: 2014-09-12 – 2014-09-14
• [学会発表] 緑藻群体性ボルボックス目の新属２種の分類と分布 (2014)
  • 著者名/発表者名: 野崎久義、山田敏寛、高橋文雄、松崎令、仲田崇志
  • 学会等名: 日本微生物資源学会第21回大会
  • 発表場所: 東京農業大学世田谷キャンパス、東京都
  • 年月日: 2014-09-03 – 2014-09-04
• [学会発表] The colonial volvocalean greens introduce us to “200 MY time travel” for origin of female and male genders (2013)
  • 著者名/発表者名: Nozaki, H.
  • 学会等名: 日本遺伝学会第85回大会公開特別シンポジウム
  • 発表場所: 慶應義塾大学日吉キャンパス、横浜市
  • 年月日: 2013-09-21
  • 招待講演
• [学会発表] 群体性ボルボックス目で探る配偶子融合の分子メカニズムとその進化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 豊岡博子、浜地貴志、茂木祐子、鈴木雅大、森稔幸、野崎久義
  • 学会等名: 日本植物学会第77回大会
  • 発表場所: 北海道大学札幌キャンパス、札幌市
  • 年月日: 2013-09-13 – 2013-09-15
  • 招待講演
• [学会発表] オスとメスの進化と性染色体領域：OTOKOGI/HIBOTAN とその後 (2013)
  • 著者名/発表者名: 野崎久義
  • 学会等名: 日本植物学会第77回大会
  • 発表場所: 北海道大学札幌キャンパス、札幌市
  • 年月日: 2013-09-13 – 2013-09-15
  • 招待講演
• [学会発表] 群体性ボルボックス目のゲノム情報から探る雌雄性の進化と多細胞化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 野崎久義、豊岡博子、森 稔幸、浜地貴志、鈴木雅大、豊田 敦、野口英樹、藤山秋佐夫
  • 学会等名: 新学術領域研究「ゲノム支援」拡大班会議
  • 発表場所: ポートピアホテル、神戸市
  • 年月日: 2013-08-28 – 2013-08-29
• [学会発表] ex-determining locus in the isogamous colonial volvocine Gonium pectorale gives insights into the evolution of oogamy in volvocine green algae (2013)
  • 著者名/発表者名: Hamaji, T., Mogi, Y., Ferris, P., Mori, T., Miyagishima, SY., Kabeya, Y., Nishimura, Y., Toyoda, A., Noguchi, H., Fujiyama, A., Suzuki, M., Kawai-Toyooka, H., Olson, B. J. S. C., Marriage, T. H., Umen, J., Nishii, I., and Nozaki, H.
  • 学会等名: Annual Meeting of SMBE 2013
  • 発表場所: Hyatt Regency Chicago, Chicago,, USA
  • 年月日: 2013-07-07 – 2013-07-11
• [学会発表] 群体性ボルボックス目Gonium pectorale のオルガネラゲノム (2013)
  • 著者名/発表者名: 野崎久義
  • 学会等名: 日本藻類学会第37回大会
  • 発表場所: 山梨大学甲府西キャンパス
• [学会発表] 群体性ボルボックス目の雌雄性の進化と性染色体領域 shared gene MAT3 の両極化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 野崎久義
  • 学会等名: 日本植物学会第76回大会
  • 発表場所: 兵庫県立大学姫路書写キャンパス
• [学会発表] 野崎久義 “群体性ボルボックス目ゴニウムにおける配偶子融合因子GCS1オルソログの解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 豊岡博子
  • 学会等名: 日本植物学会第76回大会
  • 発表場所: 兵庫県立大学姫路書写キャンパス
• [学会発表] Origin of female/male gender as deduced by the mating type loci of the colonial volvocalean greens (2012)
  • 著者名/発表者名: Nozaki, H.
  • 学会等名: Joint Meeting of 2nd Allo-authentication Meeting and 5th Egg-Coat Meeting
  • 発表場所: Hotel Nagoya Garden Palace, Nagoya
  • 招待講演
• [学会発表] 雌雄性の起源を探る進化生物学 -愛するだけならメスとオスはいらない
  • 著者名/発表者名: 野崎久義
  • 学会等名: 名古屋大学生命理学特別講義セミナー
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス
  • 招待講演
• [備考] ゲノム解読で初めて明らかになった多細胞生物のはじまり－ヒトではがんを抑制する「多細胞化の原因遺伝子」
  • URL: http://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2016/4667/
• [備考] 世界最小の多細胞生物の発掘
  • URL: http://www.u-tokyo.ac.jp/ja/utokyo-research/research-news/the-simplest-multicellular-organism-unveiled/
• [備考] 世界最小の多細胞生物の発掘 ― 4細胞で2億年間ハッピーな生きた化石 "しあわせ藻" ―
  • URL: http://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2013/47.html
• [備考] はじめて明らかになった性染色体領域 shared geneの同型配偶から卵生殖における進化
  • URL: http://www.biol.s.u-tokyo.ac.jp/users/tayousei/information.html#info130131
• [備考] ボルボックスの2新種、DNA配列データに基づき世界で初めて発見
  • URL: http://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2012/22.html