有孔虫における殻形成機構の解明―石灰化のブラックボックスを開く―

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H02978
• 研究機関: 高知大学
• 研究代表者: 氏家 由利香 高知大学, 教育研究部自然科学系理工学部門, 准教授 (20573041)
• 研究分担者: 豊福 高志 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海洋生物多様性研究分野, 主任研究員 (30371719) ; 石谷 佳之 筑波大学, 計算科学研究センター, 研究員 (60772043) ; 生田 哲朗 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海洋生物多様性研究分野, 技術研究員 (80584846)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: RNA-seq / ゲノム解析

研究実績の概要

本研究の主目的である単細胞真核生物・有孔虫の石灰化の分子機構の解明は、世界でも初めての試みである。単細胞真核生物の多くは培養が困難であり、また遺伝子の発現量も少ないといった点で、本研究における培養系の確立や、殻形成／非形成時の比較による網羅的発現遺伝子の解析方法は画期的な内容である。2018年度は、２つの炭酸塩殻質（陶器質とガラス質）の系統の培養を確立し、以下４つの項目について研究を進めた。
1. ガラス質の有孔虫種における網羅的発現遺伝子の解析：初年度で得たシーケンス情報を元に、殻形成時のみに発現、もしくは高発現する遺伝子群の同定を行った。統計的に有意に発現する遺伝子群について代謝経路の検索を行い、殻形成時における細胞観察の結果を踏まえながら、細胞内外の物質輸送等を含めた石灰化代謝に関する経路を推定した。本内容について、世界各国の研究者が参集する国際有孔虫学会にて発表し、新規の成果に大きな反響を得た。
2. ゲノム解析：有孔虫は有効なゲノム情報がないため、１で予測された石灰化関連の遺伝子群について、それらのゲノム上での位置やエクソン予測ができない。そこで、同種の培養個体からゲノムDNAを抽出し、HiSeq（外部受託）でシーケンスし、ゲノム解析を始めた。しかしバクテリアのゲノムも含まれるため、個体試料の培養条件や処理方法を変え、複数のデータを取得し、有孔虫由来のコンティグのみを引き出すこととした。本解析ではデータ量が非常に大きいため、文部科学省科学研究費・新学術領域研究「先進ゲノム支援」に応募し、情報解析の支援を受け、共同研究をスタートした。
3. １の結果から得られた遺伝子群のうち、発現量が顕著なものを可視化するため、in-situ ハイブリダイゼーション法の実験条件の検索を始めた。
4. 陶器質の有孔虫について培養を進め、１個体からのRNA抽出に関する条件検索を行った。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

1. ゲノム解析では、データ量が多いこと、また他生物のコンタミなどもあり、情報処理の方法について模索が必要である。
2. 陶器質の有孔虫のRNA抽出を行ったが、質の高いライブラリの作成をすることができなかった。ガラス質の有孔虫とは異なる実験条件が必要と考えられる。

今後の研究の推進方策

1. ゲノム情報に含まれるバクテリアゲノムの抽出、有孔虫由来のコンティグのアセンブリと遺伝子予測を行う。
2. 陶器質の有孔虫について、抽出方法やライブラリ作成方法の確立を行う。

研究成果

• [雑誌論文] Advanced approach to analyzing calcareous protists for present and past pelagic ecology: Comprehensive analysis of 3D-morphology, stable isotopes, and genes of planktic foraminifers (2019)
  • 著者名/発表者名: Ujiie Yurika、Kimoto Katsunori、Ishimura Toyoho
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 14 ページ: 1~19
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0213282
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Perspective on the response of marine calcifiers to global warming and ocean acidification? Behavior of corals and foraminifera in a high CO2 world “hot house” (2019)
  • 著者名/発表者名: Kawahata Hodaka、Fujita Kazuhiko、Iguchi Akira、Inoue Mayuri、Iwasaki Shinya、Kuroyanagi Azumi、Maeda Ayumi、Manaka Takuya、Moriya Kazuyoshi、Takagi Haruka、Toyofuku Takashi、Yoshimura Toshihiro、Suzuki Atsushi
  • 雑誌名: Progress in Earth and Planetary Science 巻: 6 ページ: 1~37
  • DOI: 10.1186/s40645-018-0239-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effect of Euxinic Conditions on Planktic Foraminifers: Culture Experiments and Implications for Past and Future Environments (2019)
  • 著者名/発表者名: Kuroyanagi Azumi、Toyofuku Takashi、Nagai Yukiko、Kimoto Katsunori、Nishi Hiroshi、Takashima Reishi、Kawahata Hodaka
  • 雑誌名: Paleoceanography and Paleoclimatology 巻: 34 ページ: 54～62
  • DOI: 10.1029/2018PA003539
  • 査読あり
• [雑誌論文] Weaving of biomineralization framework in rotaliid foraminifera: implications for paleoceanographic proxies (2018)
  • 著者名/発表者名: Nagai Yukiko、Uematsu Katsuyuki、Chen Chong、Wani Ryoji、Tyszka Jaroslaw、Toyofuku Takashi
  • 雑誌名: Biogeosciences 巻: 15 ページ: 6773～6789
  • DOI: 10.5194/bg-15-6773-2018
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Decalcification and survival of benthic foraminifera under the combined impacts of varying pH and salinity (2018)
  • 著者名/発表者名: Charrieau Laurie M.、Filipsson Helena L.、Nagai Yukiko、Kawada Sachiko、Ljung Karl、Kritzberg Emma、Toyofuku Takashi
  • 雑誌名: Marine Environmental Research 巻: 138 ページ: 36～45
  • DOI: 10.1016/j.marenvres.2018.03.015
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Reading the Fine Print: Ultra-Microstructures of Foraminiferal Calcification Revealed Using Focused Ion Beam Microscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Nagai Yukiko、Uematsu Katsuyuki、Wani Ryoji、Toyofuku Takashi
  • 雑誌名: Frontiers in Marine Science 巻: 5 ページ: 1~15
  • DOI: 10.3389/fmars.2018.00067
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Independent evolution between cell shape and shell materials in foraminifers (2018)
  • 著者名/発表者名: Ujiie Yurika, Ishitani Yoshiyuki
  • 学会等名: JpGU Meeting 2018
• [学会発表] Transcript assembly and quantification by RNA-seq identified candidate genes for foraminiferal biomineralization of Ammonia beccarii (2018)
  • 著者名/発表者名: Ujiie Yurika, Ishitani Yoshiyuki, Ishii Shunichi, Nagai Yukiko, Takaki Yoshihiro, Toyofuku Takashi
  • 学会等名: International Symposium on Foraminifera (FORAMS 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] 有孔虫の炭酸塩の殻形成に関する分子機構－トランスクリプトーム解析から－ (2018)
  • 著者名/発表者名: 氏家由利香，石谷佳之，石井俊一，長井裕季子，高木義弘，豊福高志，生田哲朗
  • 学会等名: バイオミネラリゼーション研究会
• [学会発表] 有孔虫における殻形成機構の解明－石灰化のブラックボックスを開く－ (2018)
  • 著者名/発表者名: 氏家由利香，石井俊一，石谷佳之，高木義弘，細将貴，Salvatore Cosentino，岩崎渉
  • 学会等名: 新学術領域研究 先進ゲノム解析研究推進プラットフォーム 先進ゲノム支援 拡大班会議
• [学会発表] Phylogenomic approach to the early evolution of Foraminifera (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishitani Yoshiyuki, Ujiie Yurika, Yazaki Euki, Toyofuku Takashi, Nagai Yukiko, Inagaki Yuji
  • 学会等名: International Symposium on Foraminifera (FORAMS 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Calcite precipitation rate in foraminiferal calcite and impact on element incorporation (2018)
  • 著者名/発表者名: Esmee Geerken, Lennart de Nooijer, Takashi Toyofuku, Anne Roepert, Lubos Polerecky, Gert-Jan Reichart
  • 学会等名: International Symposium on Foraminifera (FORAMS 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Proton pumping accompanies calcification in foraminifera (2018)
  • 著者名/発表者名: Takashi Toyofuku, Miki Y. Matsuo, Lennart Jan de Nooijer, Yukiko Nagai, Tetsuro Ikuta
  • 学会等名: International Symposium on Foraminifera (FORAMS 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Formation Process of Organic membrane within calcareous test and early calcium carbonate deposition of benthic foraminifera Ammonia (2018)
  • 著者名/発表者名: Yukiko Nagai, Takashi Toyofuku, Chong Chen, Katsunori Uematsu
  • 学会等名: International Symposium on Foraminifera (FORAMS 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Foraminiferal calcification and CO2 (2018)
  • 著者名/発表者名: Lennart de Nooijer, Takashi Toyofuku, Gert-Jan Reichart
  • 学会等名: International Symposium on Foraminifera (FORAMS 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Foraminiferal ultrastructure: a perspective from fluorescent and fluorogenic probes (2018)
  • 著者名/発表者名: Fabrizio Frontalini, Maria Teresa Losada, Takashi Toyofuku, Jaroslaw Tyszka, Jan Golen, Lennart de Nooijer, Barbara Canonico, Erica Cesarini, Yukiko Nagai, Tetsuro Ikuta, Remi Tsubaki, Stefano Papa, Rodolfo Coccioni, Jelle Bijma, Joan M. Bernhard
  • 学会等名: International Symposium on Foraminifera (FORAMS 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Combined impacts of ocean acidification and desalination: culture experiments on the coastal species Ammonia sp. and Elphidium crispum (2018)
  • 著者名/発表者名: Laurie Charrieau, Helena Filipsson, Yukiko Nagai, Sachiko Kawada, Karl Ljung, Emma Kritzberg, Takashi Toyofuku
  • 学会等名: International Symposium on Foraminifera (FORAMS 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Fantastic voyage to the cellular functions of foraminiferal chamber formation (2018)
  • 著者名/発表者名: Toyofuku Takashi
  • 学会等名: International Symposium on Foraminifera (FORAMS 2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Test density of Ammonia sp. under variable pH (2018)
  • 著者名/発表者名: Toyofuku Takashi, Nagai Yukiko, Kimono Katsunori, Sasaki Osamu
  • 学会等名: JpGU meeting 2018
• [学会発表] Ultra-microstructures of foraminiferal calcification observed using focused ion beam microscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Nagai Yukiko, Toyofuku Takashi,
  • 学会等名: JpGU meeting 2018
• [図書] アメーバのはなし (2018)
  • 著者名/発表者名: 石谷佳之、土屋正史
  • 総ページ数: 152
  • 出版者: 朝倉書店
  • ISBN: 978-4-254-17168-6