植物細胞感染性リケッチアを用いたミトコンドリア共生初期過程の研究

2014 年度 実績報告書

• 研究領域: マトリョーシカ型進化原理
• 研究課題/領域番号: 26117708
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 野崎 久義 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (40250104)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 細胞内共生 / リケッチア / ゲノム / ミトコンドリア / 植物細胞

研究実績の概要

植物細胞内共生リケッチアMIDORIKOによる細胞内共生遺伝子水平伝達（EGT）を調査する目的でホストのボルボックス（Volvox carteri）核ゲノム公開配列データと比較するために、我々は独自に次世代シーケンサーでドラフトゲノム配列を確立した。両ゲノム比較から V. carteri核ゲノム上のMIDORIKO遺伝子類似配列を探索した。また、MIDORIKOホストと近縁だがMIDORIKOを持たないV. carteriの複数株において、核ゲノムからMIDORIKO由来の遺伝子配列を検出し、これらの株において過去MIDORIKOが共生したことを示した。この結果は更に、MIDORIKOとの共生関係を継続しているホストの核ゲノムには、より大規模で発展的なEGTが生じていることを示唆た。つまり、MIDORIKOホスト核ゲノムでは、MIDORIKO遺伝子配列の転移に加え、配列の真核生物性構造の獲得とホストによる転写、翻訳が生じている可能性があると考えられた。MIDORIKOとホスト核ゲノムの間で、EGTプロセスがどの遺伝子で、どのような規模で生じ、どの程度進行したかを解明することで、ミトコンドリアの祖先バクテリアが過去、オルガネラ化初期に経験した現象を推測することが可能となると考えられた。このことから現在のミトコンドリアの共生の前後ににおいても１回だけではない共生があった可能性が示唆される。

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

独自に次世代シーケンサーでMIDORIKOドラフトゲノム配列を確立した。両ゲノム比較から ホストボルボックスの核ゲノム上のMIDORIKO遺伝子類似配列を探索することができた。これらの成果は次の研究の大きな基盤となることが期待される。

今後の研究の推進方策

得られたゲノムの比較からMIDORIKOとホスト核ゲノムの間で、EGTプロセスがどの遺伝子で、どのような規模で生じ、どの程度進行したかを解明することで、ミトコンドリアの祖先バクテリアが過去、オルガネラ化初期に経験した現象を推測することが可能となると考えられる。また、植物細胞内共生リケッチアの初のゲノム情報の確立を達成する。

研究成果

• [国際共同研究] 上海大学(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 上海大学
• [雑誌論文] Phylogenomic analysis of “red” genes from two divergent species of the “green” secondary phototrophs, the chlorarachniophytes, suggests multiple horizontal gene transfers from the red lineage before the divergence of extant chlorarachniophytes. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yang, Y., Matsuzaki, M., Takahashi, F., Qu, L. and Nozaki, H.
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 9 ページ: e101158
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0101158
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Acidophilic green alga Pseudochlorella sp. YKT1 accumulates high amount of lipid droplets under a nitrogen-depleted condition at a low-pH. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hirooka, S., Higuchi, S., Uzuka, A., Nozaki, H. and Miyagishima, SY.
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 9 ページ: e107702
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0107702
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Five Cyanophora (Cyanophorales, Glaucophyta) species delineated based on morphological and molecular data. (2014)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, T., Sato, M., Toyooka, K., Matsuzaki, R., Kawafune, K., Kawamura, M., Okuda, K. and Nozaki, H.
  • 雑誌名: J. Phycol. 巻: 50 ページ: 1058-1069
  • DOI: 10.1111/jpy.12236
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] ゲノム情報に基づく植物細胞感染性リッケチアのホストへの遺伝子水平伝達 (2015)
  • 著者名/発表者名: 川舩 かおる、本郷 裕一、松崎 素道、野崎 久義
  • 学会等名: 「マトリョーシカ型進化原理」平成２６年度全体班会議
  • 発表場所: 東京大学理学部２号館講堂（東京都・文京区）
  • 年月日: 2015-01-10 – 2015-01-11
• [学会発表] 緑藻ボルボックス目のゲノムに生じたリケッチア遺伝子水平伝播の探索 (2015)
  • 著者名/発表者名: 川舩かおる、桑原宏和、本郷裕一、森稔幸、松崎素道、野崎久義
  • 学会等名: 「マトリョーシカ型進化原理」平成２６年度全体班会議
  • 発表場所: 東京大学理学部２号館講堂（東京都・文京区）
  • 年月日: 2015-01-10 – 2015-01-11
• [学会発表] “200 MY time Travel” for origin of female and male genders by driving the evolutionary time machine “colonial Volvocales (2014)
  • 著者名/発表者名: Nozaki, H.
  • 学会等名: (DBS Special Seminar, Division of Biological Sciences, University of Montana
  • 発表場所: University of Montana, Missoula, Montana, USA
  • 年月日: 2014-07-30 – 2014-07-30
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 植物細胞感染性リケッチアの発見と研究の展開 (2014)
  • 著者名/発表者名: 野崎 久義、松崎 素道、本郷 裕一、川舩 かおる
  • 学会等名: 第３回マトリョーシカ型生物学研究会
  • 発表場所: 神戸大学百年記念館六甲ホール（兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2014-07-11 – 2014-07-13
• [学会発表] 緑藻ボルボックスにおける植物感染性リケッチアの共生と遺伝子水平伝播 (2014)
  • 著者名/発表者名: 川舩かおる、本郷裕一、浜地貴志、坂本智昭、倉田哲也、廣岡俊亮、宮城島進也、野崎久義
  • 学会等名: 第３回マトリョーシカ型生物学研究会
  • 発表場所: 神戸大学百年記念館六甲ホール（兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2014-07-11 – 2014-07-13