光合成補助色素フコキサンチンの未知なる生合成系の解明とその誕生の謎を紐解く

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H03274
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 神川 龍馬 京都大学, 人間・環境学研究科, 助教 (40627634)
• 研究分担者: 原田 二朗 久留米大学, 医学部, 講師 (10373094) ; 高市 眞一 東京農業大学, 生命科学部, 教授 (40150734) ; 谷藤 吾朗 独立行政法人国立科学博物館, 動物研究部, 研究主幹 (70438480) ; 中山 卓郎 東北大学, 生命科学研究科, 助教 (70583508)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: フコキサンチン / 葉緑体 / 珪藻類 / トランスクリプトーム

研究実績の概要

フコキサンチン「非合成」珪藻類は有していないが、フコキサンチン「合成」珪藻類には保存されている遺伝子の検出を比較ゲノミクスで行うため、新たな従属栄養性珪藻類PL1-4株のゲノム解読を進めた。具体的にはRNAシーケンスデータを蓄積し、遺伝子領域の推定を精度良く行うための情報を充実させた。現在、PL1-4株の遺伝子モデルの構築を進めている。遺伝子モデルが完成し次第、フコキサンチン「非合成」珪藻類複数種のゲノムと既に公表されているフコキサンチンを合成する珪藻類5種のゲノムとの比較解析を行うことで、フコキサンチン合成種特異的遺伝子を検出することを試みる。
また、フコキサンチン合成珪藻類においてフコキサンチン合成に関わる遺伝子の発現は、細胞内のフコキサンチン量の増減に相関していると考えられる。そこで、光合成性であるモデル珪藻類Phaeodactylum tricornutumを異なる光条件下で培養し、カロテノイド組成および相対量を分析した。その結果、フコキサンチン相対量が低下する条件を見出した。異なる光量で培養したサンプルのRNAシーケンスデータを用いて、比較トランスクリプトーム解析を行った。フコキサンチン相対量が低下する条件で有意に発現量が低下する遺伝子を探索した。その遺伝子群の中で、フコキサンチン「非合成」珪藻類ゲノム中に存在しないが、フコキサンチン「合成」珪藻類ゲノム中に存在する遺伝子を探索し、さらに葉緑体に局在する可能性があるかどうかでフィルタリングしたところ、8遺伝子が検出できた。現在、遺伝子導入の系を用いて機能同定のための実験準備を進めている。また、他の藻類細胞のカロテノイド分析を行った。

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

予定通り、比較トランスクリプトーム解析および機能解析の初期段階まで進んでいる。

今後の研究の推進方策

予定通り進捗しているため、当初の計画通り研究を遂行する。

研究成果

• [国際共同研究] University of East Anglia(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of East Anglia
• [国際共同研究] Dalhousie University/University of Victoria(カナダ)
  • 国名: カナダ
  • 外国機関名: Dalhousie University/University of Victoria
• [国際共同研究] Université de Lille/Paris-Sud University(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: Université de Lille/Paris-Sud University
• [国際共同研究] Philipps University of Marburg(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Philipps University of Marburg
• [雑誌論文] Dinoflagellates with relic endosymbiont nuclei as novel models for elucidating organellogenesis (2020)
  • 著者名/発表者名: Sarai C, Tanifuji G, Nakayama T, Ryoma Kamikawa, Takahashi K, Yazaki E, Matsuo E, Miyashita H, Ishida K, Iwataki M, Inagaki Y
  • 雑誌名: Proceeding of the National Academy of Sciences of the United States of America 巻: 117 ページ: 5364-5375
  • DOI: 10.1073/pnas.1911884117
  • 査読あり
• [雑誌論文] Substrate specificity of plastid phosphate transporters in a non-photosynthetic diatom and its implication in evolution of red alga-derived complex plastids (2020)
  • 著者名/発表者名: Moog D, Nozawa A, Tozawa Y, Ryoma Kamikawa
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 ページ: 1167
  • DOI: 10.1038/s41598-020-58082-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Comparative plastid genomics of Cryptomonas species reveals fine-scale genomic responses to loss of photosynthesis (2020)
  • 著者名/発表者名: Tanifuji G, Ryoma Kamikawa, Moore CE, Mills T, Onodera NT, Kashiyama Y, Archibald JM, Inagaki Y, Hashimoto H.
  • 雑誌名: Genome Biology and Evolution 巻: 12 ページ: 3926-3937
  • DOI: 10.1093/gbe/evaa001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Fine structure observation of feeding behavior, Nephroselmis spp.-derived chloroplast enlargement, and mitotic processes in the katablepharid Hatena arenicola (2020)
  • 著者名/発表者名: Nomura M, Ryoma Kamikawa, Ishida K
  • 雑誌名: Protist 巻: 171 ページ: 125714
  • DOI: 10.1016/j.protis.2020.125714
  • 査読あり
• [学会発表] 不等毛藻類の葉緑体喪失に伴う，葉緑体とミトコン ドリアへの二重局在性タンパク質の標的配列の進化 (2020)
  • 著者名/発表者名: 東 智範, 加山 基, 宮下 英明, 神川 龍馬
  • 学会等名: 第44回日本藻類学会
• [学会発表] 緑藻類における光合成能喪失と葉緑体電子伝達系の 縮退進化 (2020)
  • 著者名/発表者名: 加山 基, 陳 俊峰, 仲田 崇志, 西村 芳樹, 鹿内 利治, 宮下 英明, 高市 真一, 柏山 祐一郎, 神川 龍馬
  • 学会等名: 第44回日本藻類学会
• [学会発表] ヤマアカガエル及びニホンアカガエルの卵塊に共生する藻類 (2020)
  • 著者名/発表者名: 武井 萌, 西川 完途, 神川 龍馬, 宮下 英明
  • 学会等名: 第44回日本藻類学会
• [学会発表] 非光合成性藻類におけるclpC遺伝子の有無を介し た色素体ゲノム喪失に対する機能的制約 (2020)
  • 著者名/発表者名: 加山 基, 矢吹 彬憲, 宮下 英明, 神川 龍馬
  • 学会等名: 第44回日本藻類学会
• [学会発表] ハマサンゴの一種Porites sp.の骨格から分離した糸状緑藻 (2020)
  • 著者名/発表者名: 西堀 洋平, 大波 千恵子, 須田 彰一郞, 神川 龍馬, 宮下 英明
  • 学会等名: 第44回日本藻類学会
• [学会発表] Genome evolution through loss of photosynthesis and adaptation to a heterotrophic lifestyle in a non-photosynthetic diatom (2019)
  • 著者名/発表者名: Ryoma Kamikawa
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会 【ワークショップ】 遺伝子の水平伝播からゲノム進化を考える
  • 招待講演
• [学会発表] 石垣島マングローブ林底質と隣接干潟に出現する珪藻および東京湾河口干潟と前浜干潟に出現する珪藻の比較 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西航一郎, 真山茂樹, 田口芳彦, 石井健一郎, 神川龍馬.
  • 学会等名: 日本珪藻学会第40回大会（高知）
• [学会発表] Plastoquinone-mediated electron transport in a non-photosynthetic plastid of the heterotrophic green alga Hyalogonium sp. (2019)
  • 著者名/発表者名: Motoki Kayama, Jun-Feng Chen, Takashi Nakada, Yoshiki Nishimura, Toshiharu Shikanai, Hideaki Miyashita, Yuichiro Kashiyama, Ryoma Kamikawa
  • 学会等名: VIII ECOP-ISOP 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Evolution of chlorophyll biosynthesis pathway in a colorless diatom. (2019)
  • 著者名/発表者名: Motoki Kayama, Mami Nomura, Minami Goto, Akinori Yabuki, Hideaki Miyashita, Shigeki Mayama, Yuichiro Kashiyama, Ryoma Kamikawa.
  • 学会等名: 7th European Phycological Congress
  • 国際学会
• [学会発表] “Rappemonads” is the third lineage of Haptophyta (2019)
  • 著者名/発表者名: Ryoma Kamikawa, Azusa Itoh, Motoki Kayama, Mami Nomura, Takuro Nakayama, Hideaki Miyashita, Masanobu Kawachi.
  • 学会等名: 7th European Phycological Congress
  • 国際学会
• [学会発表] Intracellular evolution through loss of photosynthesis and adaptation to a heterotrophic lifestyle revealed by the genome analysis of a non-photosynthetic diatom. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ryoma Kamikawa, Takuro Nakayama, Daniel Moog, Takayuki Fujiwara, Ryo Onuma, Shin-ya Miyagishima, Keitaro Kume, Ugo Cenci, Bernard Henrissat, Kaori Oyama, Misako Kato, Hideaki Miyashita, Goro Tanifuji, Yasuhiro Tanizawa, Takako Mochizuki, Mika Sakamoto, Yasukazu Nakamura.
  • 学会等名: ICES
  • 国際学会
• [学会発表] Plastid evolution in the heliozoan Actinophrys sol illuminated by transcriptome and phylogenomic analyses. (2019)
  • 著者名/発表者名: Azuma T, Panek T, Tice A, Kayama M, Kobayashi M, Miyashita H, Suzaki T, Brown MW, Ryoma Kamikawa
  • 学会等名: ICES
  • 国際学会
• [学会発表] 葉緑体喪失に伴うオルガネラ DNA polymerase の進化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 東 智範, 加山 基, 宮下 英明, 神川 龍馬.
  • 学会等名: 第3回日本共生生物学会
• [学会発表] 非光合成性ディクティオカ藻類 Pteridomonas danica プラスチドゲノムにおける縮退進化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 加山 基, 矢吹 彬憲, 宮下 英明, 神川 龍馬
  • 学会等名: 第3回日本共生生物学会
• [備考] Ryoma website
  • URL: https://sites.google.com/site/ryomakamikawa/