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2015 年度 実績報告書

珪藻の進化・繁栄の謎を握る未知の藻類:パルマ藻の生物学

研究課題

研究課題/領域番号 26291085
研究機関国立研究開発法人水産総合研究センター

研究代表者

桑田 晃  国立研究開発法人水産総合研究センター, 東北区水産研究所, グループ長 (40371794)

研究分担者 吉川 伸哉  福井県立大学, 海洋生物資源学部, 准教授 (20405070)
佐藤 直樹  東京大学, 総合文化研究科, 教授 (40154075)
中村 洋路  国立研究開発法人水産総合研究センター, 中央水産研究所, 主任研究員 (90463182)
沢田 健  北海道大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (20333594)
一宮 睦雄  熊本県立大学, 環境共生学部, 准教授 (30601918)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード藻類 / 進化 / プランクトン / ゲノム / パルマ藻 / 珪藻
研究実績の概要

珪藻は、微細藻類ながら熱帯雨林と同等の炭酸固定を行う海洋で最も重要な一次生産者であるが、その起源・繁栄機構は依然不明である。本研究は、珪藻と共通の祖先から進化したパルマ藻を対象に、1.シリカの殻形成と細胞分裂機構の解析、2.生活史とその制御機構の解明、3.核ゲノムの解読、4. 分子化石(バイオマーカー)の特定と海洋堆積層の分析による出現時期の生物地球化学的解析によりパルマ藻の生物学的特性を明らかにすることを目的とし、パルマ藻と珪藻両者の特性を比較することによりの両者の進化過程と繁栄機構の解明を目指している。
本年度は1. シリカ殻形成と分裂機構の解析については、昨年度に続き、電子顕微鏡観察により細胞内での珪酸質のプレート形成過程と細胞分裂過程における微小管形成および核分裂様式の解析を進め、得られた成果を論文として発表した。また、典型的な殻をもつ細胞とシリカ欠乏下でシリカの殻を形成しない裸細胞の両者での遺伝子発現の網羅的解析を進めた。2.生活史とその制御機構の解明については、昨年に引き続き、パルマ藻の極近縁のボリド藻に類似した鞭毛を持つステージへの誘導過程の解析を続けた。また、パルマ藻とボリド藻の系統関係および全球分布の解析を進め、得られた成果を論文として発表した。3.ゲノム解析については、昨年に引き続き、次世代シーケンサーにより得られたゲノム配列データとRNA-seqデータにより核ゲノム内の機能遺伝子を推定し、推定された遺伝子の機能予測を進めた。また、葉緑体とミトコンドリアのゲノムに関しては、完全解読を終了し、論文として発表した。4.分子化石を用いた生物地球化学的解析については、昨年に引き続き、バイオマーカー分子の海洋堆積物中での続成変化とその生成物を明らかにするため,堆積物の環境を模した熱熟成シミュレーション実験を進めた。

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

本研究では、珪藻と共通の祖先から進化したパルマ藻を対象に、1.シリカの殻形成と細胞分裂機構の解析、2.生活史の解析、3.核ゲノムの解読、4. 分子化石(バイオマーカー)を用いた出現時期の生物地球化学的解析を行っており、どの項目においても当初の計画通り順調に成果が得られていると判断する。さらに、本年度は、これまでに得られた成果の取りまとめが進み、当初の計画以上に多くの論文発表、学会発表を行うことができた。

今後の研究の推進方策

1. シリカ殻形成と分裂機構の解析については、昨年に引き続き、パルマ藻のシリカの殻形成における遺伝子発現の解析を進め、典型的な殻をもつ細胞とシリカの殻を形成しない裸細胞それぞれのタイプで特異的に発現する遺伝子を特定する。
2. 生活史とその制御機構の解明 については、引き続き、パルマ藻の鞭毛ステージへの誘導過程の解析を進める。また、各生活史のステージの核相の推測を細胞内のDNA含量の実測、およびこれまでに得られたゲノムデータの解析により進める。
3. パルマ藻の核ゲノムの概要の解読による生物特性の解明については、引き続き特定された核ゲノムの遺伝子の機能予測を進め、パルマ藻の主要代謝経路およびパルマ藻と珪藻に特異的なシリカの殻形成過程等の構築を行う。
4. 分子化石を用いた生物地球化学的解析については、引き続き、パルマ藻の細胞試料の加熱による続成・熟成模擬実験を行 い、その分子化石の探索のための確定的な情報を得る。また、珪藻の細 胞試料 についても同様の続成・熟成模擬実験を行う。また、ボリド藻についても解析を進める。
5.総括 本研究により得られたパルマ藻の生物特性の知見とこれまでに蓄積された珪藻の生物特性の知見、両者を比較することにより、パルマ藻と珪藻の進化過程と繁栄機構の考察を行う。

次年度使用額が生じた理由

計画当初本年度に施行予定であったパルマ藻の網羅的遺伝子発現解析が、昨年度に新学術領域研究「ゲノム支援」による支援課題として採択され「ゲノム支援」により解析が行われた。この支援により、当初予定していた解析に必要な試薬などの消耗品費用の支出が抑えられ、繰越となった。また当初は、国際学会の参加やパルマ藻のゲノム解析のフランスの共同研究者との研究打ち合わせ等を予定していたが、予定が変更となり繰越となった。

次年度使用額の使用計画

次年度に継続して行うパルマ藻のゲノム解析とその成果の取りまとめを加速させるため、国内外の研究者間の研究打ち合わせ旅費、解析結果の状況によっては、ゲノム情報の補足のためのシーケンシング費用等に使用予定である。

  • 研究成果

    (26件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 2件、 査読あり 6件、 謝辞記載あり 6件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 4件、 招待講演 3件) 図書 (1件)

  • [国際共同研究] ロスコフ生物研究所(CNRS)(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      ロスコフ生物研究所(CNRS)
  • [国際共同研究] 海洋科学研究所(CSIC)(スペイン)

    • 国名
      スペイン
    • 外国機関名
      海洋科学研究所(CSIC)
  • [雑誌論文] Diversity and oceanic distribution of the Parmales (Bolidophyceae), a picoplanktonic group closely related to diatoms2016

    • 著者名/発表者名
      Ichinomiya M., Lopes A., Gourvil .P, Yoshikawa S., Kamiya M., Ohki K., Audic S., Vargas C., Noel M., Vaulot D., Kuwata A.
    • 雑誌名

      ISME Journal

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Mitotic spindle formation in Triparma laevis NIES-2565 (Parmales, Heterokontophyta)2016

    • 著者名/発表者名
      Yamada K., Nagasato C., Motomura T., Ichinomiya M., Kuwata A., Kamiya M., Ohki K., Yoshikawa S.
    • 雑誌名

      Protoplasma

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Sequencing and analysis of the complete organellar genomes of Parmales, a closely related group to Bacillariophyta (diatoms)2016

    • 著者名/発表者名
      Tajima N., Saito K., Sato S., Maruyama F., Ichinomiya M, Yoshikawa S., Kurokawa K, Ohta H, Tabata S., Kuwata A., Sato N.
    • 雑誌名

      Current Genetics

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Ultrastructural analysis of siliceous cell wall regeneration in Triparma laevis NIES-2565 (Parmales, Stramenopiles)2016

    • 著者名/発表者名
      Yamada K., Yoshikawa S., Ohki K., Ichinomiya M., Kuwata A, Motomura T., Nagasato C.
    • 雑誌名

      Phycologia

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Morphological adaptations to small size in the marine diatom Minidiscus comicus2016

    • 著者名/発表者名
      Jewson, D. , Kuwata A, Cros L., Fortuno JM, Estrada M.
    • 雑誌名

      Scientia Marina

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Seasonal variation in abundance and species composition of the Parmales community in the Oyashio region, western North Pacific2015

    • 著者名/発表者名
      Ichinomiya M., Kuwata A.
    • 雑誌名

      Aquatic Microbial Ecology

      巻: 75 ページ: 207-223

    • DOI

      10.3354/ame01756

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 春季親潮周辺海域における珪藻のブルーム形成とその長期変動2016

    • 著者名/発表者名
      桑田晃
    • 学会等名
      2016年度水産海洋シンポジウム
    • 発表場所
      東京大学(東京都・文京区)
    • 年月日
      2016-03-14
    • 招待講演
  • [学会発表] Biology of a picoeukaryotic phytoplankton, Parmales, a sister group of diatoms2016

    • 著者名/発表者名
      Kuwata A.
    • 学会等名
      EMBO | EMBL Symposium: A New Age of Discovery for Aquatic Microeukaryotes
    • 発表場所
      Heidelberg (Germany)
    • 年月日
      2016-01-27
    • 国際学会
  • [学会発表] 珪藻の姉妹群パルマ藻とボリド藻の多様性と全球分布2015

    • 著者名/発表者名
      桑田 晃, 一宮睦雄, 吉川伸哉, Adriana Lopes, Daniel Vaulot
    • 学会等名
      日本海洋学会2015年度秋季大会
    • 発表場所
      愛媛大学(愛媛県・松山市)
    • 年月日
      2015-09-29
  • [学会発表] パルマ藻培養試料の熱 熟成実験による生体脂質の続成過程の検討2015

    • 著者名/発表者名
      阿部涼平、沢田健、加納千紗都、吉川伸哉、桑田晃
    • 学会等名
      日本地球化学会第62回年会
    • 発表場所
      横浜国立大学(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2015-09-17
  • [学会発表] パルマ藻Triparma laevisの細胞外被形成過程の微細構造解析2015

    • 著者名/発表者名
      山田和正、桂大貴、佐藤晋也、神谷充伸、 大城香、一宮睦雄、桑田晃、長里千香子、本村泰三、吉川伸哉
    • 学会等名
      日本植物学会第79回大会
    • 発表場所
      新潟コンベンションセンター(新潟県・新潟市)
    • 年月日
      2015-09-08
  • [学会発表] Ultrastructural analysis of mitosis in Triparma laevis (Parmales, Heterokontophyta)2015

    • 著者名/発表者名
      Yamada K., Nagasato C., Motomura T., Ichinomiya M., Kuwata A., Kamiya M., Ohki K., Yoshikawa S.
    • 学会等名
      6th European Phycological Congress
    • 発表場所
      London (UK)
    • 年月日
      2015-08-25
    • 国際学会
  • [学会発表] パルマ藻から珪藻の進化の秘密を探る2015

    • 著者名/発表者名
      桑田晃、佐藤晋也
    • 学会等名
      日本進化学会第17回大会
    • 発表場所
      中央大学後楽園キャンパス(東京都・文京区)
    • 年月日
      2015-08-20
  • [学会発表] 親潮および親潮-黒潮混合域におけるパルマ藻の分布と季節変化2015

    • 著者名/発表者名
      一宮睦雄、桑田晃
    • 学会等名
      日本進化学会第17回大会
    • 発表場所
      中央大学後楽園キャンパス(東京都・文京区)
    • 年月日
      2015-08-20
  • [学会発表] パルマ藻と珪藻の細胞壁の進化2015

    • 著者名/発表者名
      山田和正、吉川伸哉
    • 学会等名
      日本進化学会第17回大会
    • 発表場所
      中央大学後楽園キャンパス(東京都・文京区)
    • 年月日
      2015-08-20
  • [学会発表] パルマ藻の脂質バイオマーカーの探索2015

    • 著者名/発表者名
      沢田健、加納千紗都、阿部涼平、吉川伸哉、桑田晃
    • 学会等名
      日本進化学会第17回大会
    • 発表場所
      中央大学後楽園キャンパス(東京都・文京区)
    • 年月日
      2015-08-20
  • [学会発表] パルマ藻のドラフトゲノム2015

    • 著者名/発表者名
      中村洋路、斉藤憲治、吉川伸哉、桑田 晃
    • 学会等名
      日本進化学会第17回大会
    • 発表場所
      中央大学後楽園キャンパス(東京都・文京区)
    • 年月日
      2015-08-20
  • [学会発表] パルマ藻Triparma laevisのゲノム解析2015

    • 著者名/発表者名
      佐藤直樹、田島直幸
    • 学会等名
      日本進化学会第17回大会
    • 発表場所
      中央大学後楽園キャンパス(東京都・文京区)
    • 年月日
      2015-08-20
  • [学会発表] 珪藻の進化・繁栄の謎を握る未知の藻類:パルマ藻の生物学2015

    • 著者名/発表者名
      桑田晃
    • 学会等名
      2015年微古生物学リファレンスセンター研究集会
    • 発表場所
      東北大学 (宮城県・仙台市)
    • 年月日
      2015-08-09
    • 招待講演
  • [学会発表] パルマ藻培養試料の加熱実験による脂質バイオマーカーの続成過程の検討2015

    • 著者名/発表者名
      阿部涼平、沢田健、加納千紗都、吉川伸哉、桑田晃
    • 学会等名
      第33回有機地球化学シンポジウム
    • 発表場所
      北海道大学低温科学研究所(北海道・札幌市)
    • 年月日
      2015-08-06
  • [学会発表] Exploring the evolutionary link between Parmales and the success of diatoms in marine ecosystems2015

    • 著者名/発表者名
      Kuwata A.
    • 学会等名
      Gordon Research Conference "Marine Molecular Ecology"
    • 発表場所
      Hong Kong (China)
    • 年月日
      2015-08-05
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Growth and cell wall morphogenesis of Triparma laevis (Parmales) under silicon-limitation2015

    • 著者名/発表者名
      Yamada K., Ichinomiya M., Kuwata A., Kamiya M., Ohki K., Saitoh K., Nakamura Y., Sato N.,Yoshikawa S.
    • 学会等名
      Molecular life of diatom 2015
    • 発表場所
      Seattle (USA)
    • 年月日
      2015-07-08
    • 国際学会
  • [学会発表] パルマ藻のプレート形成2015

    • 著者名/発表者名
      山田和正、桂大貴、佐藤晋也、長里千香子、本村泰三、一宮睦雄、桑田晃、吉川伸哉
    • 学会等名
      日本珪藻学会第36 回大会
    • 発表場所
      東京大学 (東京・文京区)
    • 年月日
      2015-05-10
  • [図書] Ecology and evolution of marine diatoms and Parmales. In Marine Protists: Diversity and Dynamics2015

    • 著者名/発表者名
      Kuwata A., Jewson D.
    • 総ページ数
      648 (251-275)
    • 出版者
      Springer

URL: 

公開日: 2017-01-06  

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