全ゲノム比較解析で解き明かす多細胞化と雌雄性の進化

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H02518
• 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, 遺伝形質研究系, 教授 (00443036) ; 関本 弘之 日本女子大学, 理学部, 教授 (20281652) ; 西山 智明 金沢大学, 学際科学実験センター, 助教 (50390688)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 雌雄性進化 / 多細胞化 / 全ゲノム解析 / ボルボックス系列 / アストレフォメネ / 性染色体領域

研究実績の概要

緑藻ボルボックス系列(volvocine algae)の全ゲノム解析から以下の成果が得られた。
1. モデル種Volvox carteri とは系統的に離れたヘテロタリック種 V. reticuliderus の雌雄の性染色体領域が明らかになった。V. reticuliferus でも V. carteri (Ferris et al. 2010, Science)と同様に約 1 Mbp の巨大な性染色体領域が存在し、ボルボックスからなる大きな単系統群(Merrillosphaera 節)の共通祖先の約7500万年前に巨大な性染色体が成立し、ボルボック特有の無性群体とは発生様式の異なる有性群体の形成に巨大性染色体領域の遺伝子群が関与している可能性が示唆された（論文投稿中）。
2. 多細胞化の進化学的研究のモデル生物群であるボルボックス系列のうち、平板状群体から非生殖細胞をもつ球状群体への進化は、ボルボックス科(Volvocaceae)と、ゴニウム科のアストレフォメネ属(Astrephomene)の、2つの系統で独立に起こったとされている（Yamashita et al. 2016, BMC Evol. Biol.）。しかし、全ゲノム情報が公開されており、分子細胞学的研究が実施されているVolvox carteri を含むボルボックス科とは対照的に、これまでアストレフォメネのゲノム情報はなく、非生殖細胞分化の分子メカニズムも全くの未知であった。従って、新たにアストレフォメネメの全ゲノム情報を構築し、非生殖細胞分化の並行進化の分子基盤を探索した。その結果、V.carteriと同様に非生殖細胞では細胞生育のための光合成遺伝子群の発現抑制が明らかになった。一方、V. carteri の非生殖細胞制御の鍵遺伝子regAはアストレフォメネには存在せず、非生殖細胞では発現が高くなる３種の転写型遺伝子が非生殖細胞制御の鍵遺伝子の候補として明らかになった（論文作成中）。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] コンケン大学/カラシン大学(タイ)
  • 国名: タイ
  • 外国機関名: コンケン大学/カラシン大学
• [国際共同研究] タンザニア水産生物研究所(タンザニア)
  • 国名: タンザニア
  • 外国機関名: タンザニア水産生物研究所
• [雑誌論文] The Rubisco small subunits in the green algal genus Chloromonas provide insights into evolutionary loss of the eukaryotic carbon-concentrating organelle, the pyrenoid (2021)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki Ryo、Suzuki Shigekatsu、Yamaguchi Haruyo、Kawachi Masanobu、Kanesaki Yu、Yoshikawa Hirofumi、Mori Toshiyuki、Nozaki Hisayoshi
  • 雑誌名: BMC Ecology and Evolution 巻: 21 ページ: 11
  • DOI: 10.1186/s12862-020-01733-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A new preferentially outcrossing monoicous species of Volvox sect. Volvox (Chlorophyta) from Thailand (2020)
  • 著者名/発表者名: Nozaki Hisayoshi、Mahakham Wuttipong、Heman Wirawan、Matsuzaki Ryo、Kawachi Masanobu
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 15 ページ: e0235622
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0235622
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Sexual reproduction of the snow alga Chloromonas fukushimae (Volvocales, Chlorophyceae) induced using cultured materials (2020)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki Ryo、Kawachi Masanobu、Nozaki Hisayoshi、Nohara Seiichi、Suzuki Iwane
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 15 ページ: e0238265
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0238265
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Taxonomic re-examination of “Chloromonas nivalis (Volvocales, Chlorophyceae) zygotes” from Japan and description of C. muramotoi sp. nov. (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki Ryo、Nozaki Hisayoshi、Takeuchi Nozomu、Hara Yoshiaki、Kawachi Masanobu
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 14 ページ: e0210986
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0210986
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification of 13 Spirogyra species (Zygnemataceae) by traits of sexual reproduction induced under laboratory culture conditions (2019)
  • 著者名/発表者名: Takano Tomoyuki、Higuchi Sumio、Ikegaya Hisato、Matsuzaki Ryo、Kawachi Masanobu、Takahashi Fumio、Nozaki Hisayoshi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 ページ: 7458
  • DOI: 10.1038/s41598-019-43454-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Morphology, reproduction and taxonomy of Volvox dissipatrix (Chlorophyceae) from Thailand, with a description of Volvox zeikusii sp. nov. (2019)
  • 著者名/発表者名: Nozaki Hisayoshi、Takusagawa Mari、Matsuzaki Ryo、Misumi Osami、Mahakham Wuttipong、Kawachi Masanobu
  • 雑誌名: Phycologia 巻: 58 ページ: 192～199
  • DOI: 10.1080/00318884.2018.1540238
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Embryogenesis of flattened colonies implies the innovation required for the evolution of spheroidal colonies in volvocine green algae (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamashita Shota、Nozaki Hisayoshi
  • 雑誌名: BMC Evolutionary Biology 巻: 19 ページ: 120
  • DOI: 10.1186/s12862-019-1452-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Morphological and molecular identification of the dioecious “African species Volvox rousseletii (Chlorophyceae) in the water column of a Japanese lake based on field-collected and cultured materials (2019)
  • 著者名/発表者名: Kimbara Ryosuke、Isaka Nanako、Matsuzaki Ryo、Kawai-Toyooka Hiroko、Kawachi Masanobu、Nozaki Hisayoshi
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 14 ページ: e0221632
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0221632
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Morphology, phylogeny, and taxonomy of two species of colonial volvocine green algae from Lake Victoria, Tanzania (2019)
  • 著者名/発表者名: Nozaki Hisayoshi、Matsuzaki Ryo、Kashindye Benedicto Boniphace、Ezekiel Charles Nyarongo、Shaban Sophia、Kawachi Masanobu、Aibara Mitsuto、Nikaido Masato
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 14 ページ: e0224269
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0224269
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 湖沼調査から新たなるブレークスルーを目指して (2021)
  • 著者名/発表者名: 野崎久義
  • 学会等名: 日本藻類学会第45回大会
  • 招待講演
• [学会発表] ホモタリック種ボルボックス進化基盤解明のための比較ゲノム解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山本荷葉子・浜地貴志・豊岡博子・松﨑令・西村芳樹・河地 正伸・野崎久義
  • 学会等名: 第14回クラミドモナス研究会
• [学会発表] RbcS: ピレノイドが進化過程で消える瞬間 (2021)
  • 著者名/発表者名: 松﨑令・野崎久義
  • 学会等名: 第14回クラミドモナス研究会
• [学会発表] タイ国産ボルボックス節の他殖性を示す雌雄同体1新種 (2020)
  • 著者名/発表者名: 野崎久義・Mahakham Wuttipong ・Wirawan Heman ・松﨑令・河地正伸
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会
• [学会発表] 3つの性表現型を持つ緑藻ボルボックス系列 Pleodorina starrii の性決定機構の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 橋昂平・豊岡博子・大槻涼・浜地貴志・東山哲也・野崎久義
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会
• [学会発表] 葉緑体を有しながら従属栄養性に依存する群体性ボルボックス目緑藻２種の栄養要求性の進化基盤の解明に向けて (2019)
  • 著者名/発表者名: 数口敦紀、山下翔大、松﨑令、鈴木重勝、山口晴代、河地正伸、野崎久義
  • 学会等名: 第19回生命科学シンポジウム
• [学会発表] 氷雪性緑藻 Chloromonas fukushimae NIES株の有性生殖の誘導 (2019)
  • 著者名/発表者名: 松﨑令、河地正伸、野崎久義、鈴木石根
  • 学会等名: 微生物資源学会第26回大会
• [学会発表] 神奈川県相模湖に生息する雌雄異体ボルボックス (2019)
  • 著者名/発表者名: 金原僚亮、松﨑令、豊岡博子、野崎久義
  • 学会等名: 第１３回クラミドモナス研究会
• [学会発表] 3性を持つボルボックス系列藻 Pleodorina starrii (2019)
  • 著者名/発表者名: 高橋昂平、山下翔大、山本荷葉子、豊岡博子、土金勇樹、関本弘之、野崎久義
  • 学会等名: 第１３回クラミドモナス研究会
• [学会発表] 新規培養株によって誘導された氷雪性緑藻Chloromonas fukushimaeの有性生殖 (2019)
  • 著者名/発表者名: 松﨑令、河地正伸、野崎久義、鈴木石根
  • 学会等名: 第１３回クラミドモナス研究会
• [学会発表] Volvox carteri と V. kirkiorum の無性生殖におけるゴニジア分裂過程の観察 (2019)
  • 著者名/発表者名: 長島麻佑 、野崎久義 、三角修己
  • 学会等名: 日本植物形態学会第31回大会
• [学会発表] ボルボックスにおける性染色体領域の進化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山本荷葉子、浜地貴志、豊岡博子、野口英樹、水口洋平、豊田敦、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] 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、松﨑令、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] 接合藻類アオミドロ属の西日本産を中心とした新規株の系統解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 高野智之、野崎久義、坂山 英俊
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] 野外サンプルと培養の形態・分子情報が明らかにした日本新産 Volvox rousseletii (2019)
  • 著者名/発表者名: 金原僚亮、松﨑令、豊岡博子、野崎久義
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] ボルボックス系列緑藻における多細胞形質の平行進化の分子基盤の解明に向けて (2019)
  • 著者名/発表者名: 山下翔大、数口敦紀、山本荷葉子、松﨑令、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: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] ボルボックス系列異型配偶ユードリナの性フェロモンによる配偶子誘導 (2019)
  • 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83回大会
• [学会発表] 卵生殖ボルボックス性染色体領域の拡大 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山本荷葉子、浜地貴志、豊岡博子、野口英樹、水口洋平、豊田敦、野崎久義
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] Colonial volvocines from Lake Victoria, Tanzania (2019)
  • 著者名/発表者名: Nozaki, H. Matsuzaki, R., Kashindye, B. B., Ezekiel, C. N., Kawachi, M., Aibara, M. and Nikaido, M.
  • 学会等名: The Fifth International Volvox Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Establishment of culture collection of volvocean algae from Northeast Thailand for biodiversity research, with note on their DNA barcode sequences (2019)
  • 著者名/発表者名: Mahakham, M., Sukseeta, N., Jenjan, W., Haputon, K., Nounjan, N. and Nozaki, H.
  • 学会等名: The Fifth International Volvox Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Sex pheromone-induced gametogenesis in anisogamous Eudorina (2019)
  • 著者名/発表者名: Kawai-Toyooka, H., Hamaji, T., Nishimura, Y., Miyagishima, S., Kato-Minoura, T. and Nozaki, H.
  • 学会等名: The Fifth 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. and Nozaki, H.
  • 学会等名: The Fifth International Volvox Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Revealing mating type locus evolution based on comparative genomics of heterothallic and homothallic Volvox species (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, K., Hamaji, T., Kawai-Toyooka, H., Noguchi, H., Minakuchi, Y., Toyoda, A. and Nozaki, H.
  • 学会等名: The Fifth International Volvox Conference
  • 国際学会
• [学会発表] “Sexual reproduction in a snow alga, Chloromonas fukushimae (Volvocales, Chlorophyceae) (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki, R., Kawachi, M., Nozaki, H. and Suzuki, I.
  • 学会等名: The Fifth International Volvox Conference
  • 国際学会
• [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, Y., Matsuzaki, R., Kawachi, M., Noguchi, H., Minakuchi, Y., Toyoda, A., Hirono, M., Sekimoto, H. and Nozaki, H.
  • 学会等名: The Fifth International Volvox Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Photobehavior and photoprotection of Tetrabaena socialis (2019)
  • 著者名/発表者名: Tanno, A., Arakaki, Y., Ueki, N., Tokutsu, R., Minagawa, J., Yoshimura, K., Nozaki, H. and Wakabayashi, K.
  • 学会等名: The Fifth International Volvox Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Toward molecular bases of photoheterotrophy in the colonial volvocine species Astrephomene gubernaculifera and Volvulina steinii (2019)
  • 著者名/発表者名: Suguchi, A., Yamashita, S., Matsuzaki, R., Suzuki, S., Yamaguchi, H., Kawachi, M., Noguchi, H., Minakuchi, Y., Toyoda, A. and Nozaki, N.
  • 学会等名: The Fifth International Volvox Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Comparative analysis of phototaxis and photophobic responses in Volvox kirkiorum from Lake Biwa and paddy field (2019)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, F., Shirakabe, S., Iwata, M., Nozaki, H. and Kasahara, M.
  • 学会等名: The Fifth International Volvox Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Activities of the NIES Microbial Culture Collection in Japan with introduction on the Volvocales species (2019)
  • 著者名/発表者名: Kawachi, M., Nozaki, H., Matsuzaki, R., Mori, F., Yumoto, K., Ishimoto, M. Noel, M.-H., Sato, M. and Yamaguchi, H.
  • 学会等名: The Fifth International Volvox Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Unveiling the evolution of multicellularity and sex: evidences from colonial volvocine green algae (2019)
  • 著者名/発表者名: Nozaki, H.
  • 学会等名: Special seminar, Faculty of Science, Khon Kaen University (KKU)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Studies of colonial volvocine green algae unveiling the evolution of multicellularity and sex (2019)
  • 著者名/発表者名: Nozaki, H.
  • 学会等名: Special seminar (College of Fisheries and Life Science, Shanghai Ocean University, Shanghai, China)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Coming back to Qingdao after 25 years of studying the volvocine green algae, a model lineage for evolution of female-male and multicellularity (2019)
  • 著者名/発表者名: Nozaki , H.
  • 学会等名: Plenary Lecture, The 20th Meeting of the Algae Branch of Chinese Society for Oceanography and Limnology
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] アオミドロの性を実験的に誘導して13種の同定に成功
  • URL: https://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/info/6403/