真核細胞・共生バクテリアの分裂同調化による光合成オルガネラ成立機構の解明

• 研究課題/領域番号: 25251039
• 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: 国立遺伝学研究所
• 研究代表者: 宮城島 進也 国立遺伝学研究所, 細胞遺伝研究系, 教授 (00443036)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 37,180千円 (直接経費: 28,600千円、間接経費: 8,580千円); 2016年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円); 2015年度: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円); 2014年度: 13,520千円 (直接経費: 10,400千円、間接経費: 3,120千円); 2013年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
• キーワード: 細胞内共生 / 葉緑体分裂 / 細胞周期 / 細胞分裂 / 葉緑体 / 光合成 / 葉緑体光合成

研究成果の概要

細胞内共生による葉緑体の成立に必須であった、宿主真核細胞と葉緑体の分裂同調化機構を明らかにすることを目的として、種々の真核藻類を用いた解析を行った。その結果、（１）一次共生及び二次共生起源の葉緑体の分裂は宿主細胞周期により、核コード葉緑体分裂遺伝子の発現レベルでS期に限定されること、（２）葉緑体分裂面の収縮開始が宿主細胞の細胞周期進行に必須であること、（３）細胞の安全な複製のために宿主真核細胞の細胞周期進行は、酸化ストレスを生じる光合成の起こらない夜間に限定されることがわかった。つまり、宿主真核細胞・葉緑体の協調増殖は、双方が制約を掛け合うことで成立していることが明らかとなった。

研究成果

• [国際共同研究] Institute for Plant Biochemistry(Germany)
• [雑誌論文] Hierarchal order in the formation of chloroplast division machinery in the red alga Cyanidioschyzon merolae (2017)
  • 著者名/発表者名: Sumiya, N. and Miyagishima, S.
  • 雑誌名: Commun. Integr. Biol. 巻: 10 号: 2 ページ: e1294298-e1294298
  • DOI: 10.1080/19420889.2017.1294298
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Development of a double nuclear gene-targeting method by two-step transformation based on a newly established chloramphenicol-selection system in the red alga Cyanidioschyzon merolae (2017)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara, T., Ohnuma, M., Kuroiwa, T., Ohbayashi, R., Hirooka, S.and Miyagishima, S.
  • 雑誌名: Front. Plant Sci. 巻: 8 ページ: 343-343
  • DOI: 10.3389/fpls.2017.00343
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Chloroplast division: A handshake across membranes (2017)
  • 著者名/発表者名: Miyagishima, S.
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 3 ページ: 17025-17025
• [雑誌論文] Cultivation of acidophilic algae Galdieria sulphuraria and Pseudochlorella sp. YKT1 in media derived from acidic hot springs (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirooka, S., and Miyagishima, S.
  • 雑誌名: Front. Microbiol. 巻: 7
  • DOI: 10.3389/fmicb.2016.02022
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Chloroplast division checkpoint in eukaryotic algae (2016)
  • 著者名/発表者名: Sumiya, N., Fujiwara, T., Era, A. and Miyagishima, S.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 巻: 113 号: 47
  • DOI: 10.1073/pnas.1612872113
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Expression of cyanobacterial acyl-ACP reductase elevates the triacylglycerol level in the red alga Cyanidioschyzon merolae. (2015)
  • 著者名/発表者名: Nobuko Sumiya, Yasuko Kawase, Junpei Hayakawa, Mami Matsuda, Mami Nakamura, Atsuko Era, Kan Tanaka, Akihiko Kondo, Tomohisa Hasunuma, Sousuke Imamura, Shin-ya Miyagishima
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 56 号: 10 ページ: 1962-1980
  • DOI: 10.1093/pcp/pcv120
  • 査読あり
• [雑誌論文] A nitrogen source-dependent inducible and repressible gene expression system in the red alga Cyanidioschyzon merolae. (2015)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Fujiwara, Yu Kanesaki, Shunsuke Hirooka, Atsuko Era, Nobuko Sumiya, Hirofumi Yoshikawa, Kan Tanaka, Shin-ya Miyagishima
  • 雑誌名: Front. Plant Sci. 巻: 6 ページ: 657-657
  • DOI: 10.3389/fpls.2015.00657
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Translation-independent circadian control of the cell cycle in a unicellul ar photosynthetic eukaryote. (2014)
  • 著者名/発表者名: Miyagishima SY, Fujiwara T, Sumiya N, Hirooka S, Nakano A, Kabeya Y, Nakamura M.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 5 号: 1 ページ: 3807-3807
  • DOI: 10.1038/ncomms4807
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Acidophilic Green Alga Pseudochlorella sp. YKT1 Accumulates High Amount of Lipid Droplets under a Nitrogen-depleted Condition at a Low-pH (2014)
  • 著者名/発表者名: Hirooka, S., Higuchi, S., Uzuka, A., Nozaki, H., and Miyagishima, S.
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 9 号: 9 ページ: e107702-e107702
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0107702
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] FtsZ-less prokaryotic cell division as well as FtsZ- and dynamin-less chloroplast and non-photosynthetic plastid division (2014)
  • 著者名/発表者名: Miyagishima, S., Nakamura, M., Uzuka, A., and Era, A.
  • 雑誌名: Front. Plant Sci. 巻: 5 ページ: 459-459
  • DOI: 10.3389/fpls.2014.00459
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Development of a heat-shock inducible gene expression system in the red alga Cyanidioschyzon merolae. (2014)
  • 著者名/発表者名: Sumiya N, Fujiwara T, Kobayashi Y, Misumi O, Miyagishima SY.
  • 雑誌名: PLoS One. 巻: 9 号: 10 ページ: e111261-e111261
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0111261
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] DipM is required for peptidoglycan hydrolysis during chloroplast division. (2014)
  • 著者名/発表者名: Miyagishima SY, Kabeya Y, Sugita C, Sugita M, Fujiwara T.
  • 雑誌名: BMC Plant Biol. 巻: 14 号: 1 ページ: 57-57
  • DOI: 10.1186/1471-2229-14-57
  • 査読あり
• [学会発表] Uses of acidic hot spring eukaryotic algae: pure and applied sciences (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮城島進也
  • 学会等名: 光合成科学：エネルギーとバイオマス
  • 発表場所: 東京工業大学
  • 招待講演
• [学会発表] 真核細胞と葉緑体の分裂同調化機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮城島進也
  • 学会等名: 真核細胞のオルガネラ研究最前線
  • 発表場所: 大阪大学
  • 招待講演
• [学会発表] 宿主細胞と共生細胞の分裂同調化によるオルガネラ成立機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宮城島 進也
  • 学会等名: 共生・寄生生物学シンポジウム
  • 発表場所: つくば市
  • 年月日: 2016-03-05
  • 招待講演
• [学会発表] Creation of heat and acid tolerant algae toward high biomass production (2016)
  • 著者名/発表者名: Miyagishima, S.
  • 学会等名: IMBC2016
  • 発表場所: Baltimore, USA
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Creation of heat and acid tolerant algae toward high biomass production (2015)
  • 著者名/発表者名: Shin-ya Miyagishima
  • 学会等名: PACIFICHEM2015
  • 発表場所: Hawaii, USA
  • 年月日: 2015-12-18
  • 国際学会
• [学会発表] 真核藻類におけるエネルギー代謝と細胞周期進行の関係 (2015)
  • 著者名/発表者名: 宮城島 進也
  • 学会等名: 日本植物学会第79回大会
  • 発表場所: 新潟市
  • 年月日: 2015-09-07
• [学会発表] 単細胞紅藻Cyanidioschyzon におけるエネルギー変換と細胞周期進行の関係 (2014)
  • 著者名/発表者名: 宮城島進也，藤原崇之，墨谷暢子，恵良厚子
  • 学会等名: 日本植物学会第７８回大会
  • 発表場所: 神奈川県川崎市（明治大学）
  • 年月日: 2014-09-12
• [学会発表] Coordinating mechanisms of eukaryotic cell and chloroplast proliferation (2014)
  • 著者名/発表者名: Miyagishima, S.
  • 学会等名: ESF-EMBO symposium, Biology of plastids-towards a blueprint for synthetic organelles
  • 発表場所: Pultusk, Poland
  • 年月日: 2014-06-22
  • 招待講演
• [学会発表] 単細胞紅藻Cyanidioschyzon merolaeにおける光合成と細胞成長・分裂の協調機構
  • 著者名/発表者名: 宮城島 進也
  • 学会等名: 日本植物学会第77回大会
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
  • 招待講演
• [学会発表] 真核細胞と葉緑体の協調増殖機構
  • 著者名/発表者名: 宮城島 進也
  • 学会等名: 第55回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 富山大学（富山市）
  • 招待講演
• [学会発表] Creation of heat and acid tolerant algae toward high biomass production
  • 著者名/発表者名: Shin-ya Miyagishima
  • 学会等名: 1st Korea-Japan Microalgae Symposium
  • 発表場所: KAIST (Daejeon, Korea)
  • 招待講演