根源的かつ普遍的なメス・オスの概念の創出

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K22446
• 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), 特任研究員 (40250104)
• 研究分担者: 森 稔幸 大阪大学, 微生物病研究所, 助教 (00462739) ; 関本 弘之 日本女子大学, 理学部, 教授 (20281652) ; 三角 修己 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (90583625)
• 研究期間 (年度): 2019-06-28 – 2022-03-31
• キーワード: GCS1 / MID / メス / オス / 真核生物 / 進化

研究実績の概要

ボルボックス（Volvox）の雌雄異体種（メスとオスが異なる種）とこれに極めて近縁な雌雄同体種の全ゲノム比較解析から、雌雄同体種は、雌雄異体種のメス側の性染色体の性決定領域（SDR）が残存したままオス特異的遺伝子を獲得することで誕生したことが明らかになった。雌雄異体種と雌雄同体種との転換進化はさまざまな生物で研究されているが、雌雄同体種への転換時におけるメスとオスの性染色体のSDRの運命を初めて明らかにした。雌雄同体種へ進化した後もメス側の性SDRだけがほぼ残存している驚くべき事実はメス機能とオス機能の発現の差異を反映している可能性があり、性の進化の新たなる研究が期待される (Yamamoto et al. 2021, PNAS)。
長期間にわたる相模川水系の相模湖・津久井湖のフィールド調査と培養・交配実験から緑藻プレオドリナ（Pleodorina）の同一種がメスとオスに加えて両性型の３番目の性表現型を持つことを明らかにした。メス、オス、両性型の３個の性表現が同一種に存在することは、シンプルな性決定システムをもつとされてきた藻類・菌類における初めての発見である。メスとオスが分かれている種から両性型の種への進化の初期段階とも考えられ、交配実験から示唆された両性型決定因子の解明に大きな期待が持たれる (Takahashi et al. 2021, Evolution)。また、本種の3個の性表現型の性誘導による発現解析の結果、両性型の株ではMIDとGCS1の発現増大がオス配偶子を誘導し、発現抑制がメス配偶子を誘導することが推測された。これは両遺伝子がメスとオスを具現する真核生物に共通する特性が両性型の生物でも認められたことになる。

研究成果

• [国際共同研究] Donald Danforth Plant Science Center(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Donald Danforth Plant Science Center
• [雑誌論文] Zygnematophycean algae: Possible models for cellular and evolutionary biology (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohtaka Kinuka、Sekimoto Hiroyuki
  • 雑誌名: Seminars in Cell & Developmental Biology 巻: - ページ: in press
  • DOI: 10.1016/j.semcdb.2022.03.042
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three genomes in the algal genus Volvox reveal the fate of a haploid sex-determining region after a transition to homothallism (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Kayoko、Hamaji Takashi、Kawai-Toyooka Hiroko、Matsuzaki Ryo、Takahashi Fumio、Nishimura Yoshiki、Kawachi Masanobu、Noguchi Hideki、Minakuchi Yohei、Umen James G.、Toyoda Atsushi、Nozaki Hisayoshi
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 118 ページ: e2100712118
  • DOI: 10.1073/pnas.2100712118
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Three sex phenotypes in a haploid algal species give insights into the evolutionary transition to a self‐compatible mating system* (2021)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Kohei、Kawai‐Toyooka Hiroko、Ootsuki Ryo、Hamaji Takashi、Tsuchikane Yuki、Sekimoto Hiroyuki、Higashiyama Tetsuya、Nozaki Hisayoshi
  • 雑誌名: Evolution 巻: 75 ページ: 2984～2993
  • DOI: 10.1111/evo.14306
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Highly efficient transformation of the model zygnematophycean alga <i>Closterium peracerosum‐strigosum‐littorale</i> complex by square‐pulse electroporation (2021)
  • 著者名/発表者名: Kawai Junko、Kanazawa Manaki、Suzuki Rie、Kikuchi Nanako、Hayakawa Yasuhiko、Sekimoto Hiroyuki
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 233 ページ: 569～578
  • DOI: 10.1111/nph.17763
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pb103 Regulates Zygote/Ookinete Development in Plasmodium berghei via Double Zinc Finger Domains (2021)
  • 著者名/発表者名: Hirai Makoto、Maeta Akimasa、Mori Toshiyuki、Mita Toshihiro
  • 雑誌名: Pathogens 巻: 10 ページ: 1536～1536
  • DOI: 10.3390/pathogens10121536
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fitness of sulfadoxine-resistant Plasmodium berghei harboring a single mutation in dihydropteroate synthase (DHPS) (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamauchi Masato、Hirai Makoto、Tachibana Shin-Ichiro、Mori Toshiyuki、Mita Toshihiro
  • 雑誌名: Acta Tropica 巻: 222 ページ: 106049～106049
  • DOI: 10.1016/j.actatropica.2021.106049
  • 査読あり
• [雑誌論文] Isolation of Mutants With Reduced Susceptibility to Piperaquine From a Mutator of the Rodent Malaria Parasite Plasmodium berghei (2021)
  • 著者名/発表者名: Ikeda Mie、Hirai Makoto、Tachibana Shin-Ichiro、Mori Toshiyuki、Mita Toshihiro
  • 雑誌名: Frontiers in Cellular and Infection Microbiology 巻: 11 ページ: 672691～672691
  • DOI: 10.3389/fcimb.2021.672691
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ex vivo susceptibility of Plasmodium falciparum to antimalarial drugs in Northern Uganda (2021)
  • 著者名/発表者名: Fukuda N、Tachibana S、Ikeda M、Sakurai-Yatsushiro M、Balikagala B、Katuro OT.、Yamauchi M、Emoto S、Hashimoto M、Yatsushiro S、Sekihara M、Mori T、Hirai M、Opio W、Obwoya PS.、Auma MA.、Anywar DA.、Kataoka M、Palacpac NMQ、Odongo-Aginya E. I.、Kimura E、Ogwang M、Horii T、Mita T
  • 雑誌名: Parasitology International 巻: 81 ページ: 102277～102277
  • DOI: 10.1016/j.parint.2020.102277
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Three sex phenotypes in a haploid algal species give insights into the evolutionary transition to a self-compatible mating system (2021)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, K., Kawai-Toyooka, H., Ootsuki, R., Hamaji, T., Tsuchikane, Y., Sekimoto, H., Higashiyama, T. & Nozaki1, H.
  • 学会等名: 75th Annual Meeting of the Phycological Society of America, Online, 13-22 July, 22, 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Re-discovery of the third mating system of “Volvox africanus“ from cultures originating from the hometown of dinosaurs in Thailand (2021)
  • 著者名/発表者名: Nozaki H., Wuttipong, M., Heman, W., Matsuzaki, R. & Kawachi, M
  • 学会等名: (75th Annual Meeting of the Phycological Society of America, Online, 13-22 July, 22, 2021
  • 国際学会
• [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: 茨城大学理学部理工学研究科セミナー、オンライン
  • 招待講演
• [学会発表] ヒメミカヅキモの有性生殖進行に機能する受容体型キナーゼ遺伝子 の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山口里帆子 , 西山智明 , 神田奈保 , 今詩織 , 関本弘之
  • 学会等名: 日本植物学会第 85 回大会（オンライン）
• [学会発表] 蛍光タンパク質融合 CenH3 発現によるヒメミカヅキ モの染色体解析とゲノム進化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 渡辺実咲 , 村田隆 , 堤元佐 , 大友康平 , 根本知己 , 川口也和子 , 土松隆志 , 西山智明 , 土金勇樹 , 関本弘之
  • 学会等名: 日本植物学会第 85 回大会（オンライン）
• [備考] 雌雄同体の新種誕生におけるメスとオスの性染色体の運命
  • URL: https://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2021/7373/
• [備考] Species of algae with three sexes
  • URL: https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/en/press/z0508_00186.html