• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2018 年度 実績報告書

ミドリゾウリムシを用いた宿主・共生体の代謝・概日時計を介した双方向制御機構の解析

研究課題

研究課題/領域番号 18J01993
研究機関国立遺伝学研究所

研究代表者

小林 優介  国立遺伝学研究所, 細胞遺伝研究系, 特別研究員(SPD)

研究期間 (年度) 2018-04-25 – 2021-03-31
キーワード細胞内共生 / ミドリゾウリムシ / ミドリアメーバ / 共生藻
研究実績の概要

葉緑体はシアノバクテリアの細胞内共生によって誕生し、その後、真核藻類が複数回独立に非光合成真核細胞内に絶対共生すること(二次共生)、サンゴ等の動物細胞内に任意共生することで、光合成能は多数の真核生物系統にもたらされた。宿主は葉緑体の成長のためにリンや窒素化合物(肥料)を安定的に獲得・供給するという、「農業」を細胞内で行っており、一方、共生体は宿主の遺伝子発現や代謝を制御することで農業環境を最適化していると考えられるが、その具体的な仕組みは明らかでない。この謎に迫るには、共生状態と非共生状態の宿主細胞を比較することが必須であるが、藻類や植物において葉緑体を除去したり、共生を誘導したりすることは難しい。そこで研究代表者は、共生藻の除去と共生の誘導技術が確立されたミドリゾウリムシやミドリアメーバなどに注目している。初年度は、ミドリゾウリムシと単細胞藻の任意共生関係において、(1)共生藻に光合成を行わせるために宿主ゾウリムシはどの様にして肥料となる窒素源を与えているのか、(2)その窒素源を受け取るために共生藻はどの様な進化を遂げたのかという2つの問題設定をし、その解明のための研究を開始した。無機物及び代謝物のやり取りを解析するために、これまで原生動物学者らが用いてきた有機物を多量に含む培地における培養では無く、無機培地におけるミドリゾウリムシ培養系を確立した。さらに、無機培地及びそこに各種アミノ酸を加えた培地における培養により、宿主であるゾウリムシは共生藻に対して無機窒素源(アンモニウム、硝酸)ではなく、おそらくアミノ酸を供給していること、共生藻に供給するアミノ酸は株ごとに異なることを見いだした。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

光条件等を最適化することで、完全無機塩培地においてミドリゾウリムシを培養する系を確立することができ、今後の解析への基盤が整備できた。並行してミドリアメーバ(マヨレラ)に関する解析も行い、こちらにおいてもミドリゾウリムシの共生藻と同様に、共生藻は独立生活を行う近縁の藻類に比べて、無機窒素源を同化する能力が顕著に低い一方で、外界からアミノ酸を取り込み効率よく増殖に利用できることが明らかとなった。両者の共生藻のゲノム解読を進めており、ミドリゾウリムシだけではなく光合成を基盤とした任意共生関係において一般化出来る可能性の高い重要な知見を得ている。

今後の研究の推進方策

各種アミノ酸添加時のミドリゾウリムシ共生藻の増殖速度の比較実験を行ったところ、共生藻が利用するアミノ酸の種類に地域差があること、それぞれのミドリゾウリムシ宿主と共生藻を交差すると不和合を起こし宿主が死滅することを発見した。さらに、ある種のアミノ酸は共生藻の増殖を抑制する可能性が見えてきた。これらの知見を統合すると、宿主は代謝物を介して共生藻の増殖を制御していると考えられる。藻類の細胞周期は明暗周期と同調し、さらに共生藻の光合成活性はミドリゾウリムシ宿主の概日リズムを制御することから、光合成が起きる明期と起きない暗期では宿主及び共生藻の代謝がダイナミックに変動すると考えられる。そこで、12時間明暗周期条件で培養した細胞からRNAを抽出し、RNA-seqによるトランスクリプトーム解析を行った。今後、明暗周期に同調する遺伝子群を探索し、RNAi技術を用いた逆遺伝学的解析を行うことで、宿主-共生藻の協調的増殖機構の解明を目指す。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Chloroplast nucleoids as a transformable network revealed by live imaging with a microfluidic device2018

    • 著者名/発表者名
      Kamimura Yoshitaka、Tanaka Hitomi、Kobayashi Yusuke、Shikanai Toshiharu、Nishimura Yoshiki
    • 雑誌名

      Communications Biology

      巻: 1 ページ: 1-7

    • DOI

      https://doi.org/10.1038/s42003-018-0055-1

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 葉緑体核様体の進化と構造のダイナミクス2018

    • 著者名/発表者名
      小林優介、三角修己、西村芳樹
    • 雑誌名

      化学と生物

      巻: 56 ページ: 651-658

  • [雑誌論文] 葉緑体核様体の形態・分配を保障するHollidayジャンクション切断酵素の発見2018

    • 著者名/発表者名
      小林優介、三角修己、西村芳樹
    • 雑誌名

      Plant Morphology

      巻: 30 ページ: 73-81

  • [学会発表] ヒメツリガネゴケにおいてHollidayジャンクション切断酵素MOC1は葉緑体とミトコンドリアDNAの安定性に寄与する2019

    • 著者名/発表者名
      小林優介、小田原真樹、関根靖彦、宮城島進也
    • 学会等名
      第60回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] 葉緑体核様体のかたちを司るDNAリガーゼの同定2019

    • 著者名/発表者名
      西村芳樹、小林優介、浜地貴志、鹿内利治
    • 学会等名
      第60回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] 核様体局在のHMGBタンパク質がDNA結合ドメインを2つもつ利点2019

    • 著者名/発表者名
      田草川真理、小林優介、深尾陽一朗、日高久美、遠藤政幸、杉山弘、宮川勇、鹿内利治、三角修己、西村芳樹
    • 学会等名
      第60回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] 葉緑体核様体構造の進化と遺伝機構の分子生物学的解析2018

    • 著者名/発表者名
      小林優介
    • 学会等名
      日本植物学会第82回大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 紅藻Cyanidioschyzon merolaeにおけるCmRuvX遺伝子の機能解析2018

    • 著者名/発表者名
      片岡聡、小林優介、三角修己
    • 学会等名
      日本植物学会第82回大会
  • [学会発表] 葉緑体核様体ネットワークの動態制御機構2018

    • 著者名/発表者名
      西村芳樹、浜地貴志、小林優介、鹿内利治
    • 学会等名
      日本植物学会第82回大会
  • [学会発表] Finding of Holliday junction resolvases in chloroplasts2018

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Kobayashi
    • 学会等名
      Gordon Research Conference, Mitochondria and Chloroplast
    • 国際学会

URL: 

公開日: 2019-12-27  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi