【研究成果のポイント】

• 細胞内共生した緑藻が葉緑体に変わる途中段階の特徴をもつ渦鞭毛藻^注1の新規系統2種（MGD株とTGD株）を発見しました。
• これら2種の渦鞭毛藻では、葉緑体が成立する過程で生じる共生体核から宿主核への遺伝子転移が、まだ完了していないことが判明しました。
• 今回発見した渦鞭毛藻2種は、葉緑体の成立に伴うゲノム進化を解明するための新しいモデル生物となり得ます。

【概要】

国立大学法人筑波大学 計算科学研究センター 稲垣祐司教授、生命環境系 石田健一郎教授、独立行政法人国立科学博物館 動物研究部 谷藤吾朗研究主幹、国立大学法人東北大学 大学院生命科学研究科 中山卓郎助教、国立大学法人東京大学 アジア生物資源環境研究センター 岩滝光儀准教授らの研究グループは、渦鞭毛藻の新規系統であるMGD株とTGD株を発見し、両種において、細胞内共生をした藻類が葉緑体として遺伝的に統合される中途段階を見出しました。

光合成をおこなう真核生物（いわゆる藻類）の中には、細胞内共生した緑藻あるいは紅藻を葉緑体化した系統が複数あります。細胞内共生した緑藻や紅藻は葉緑体のみを残し、宿主細胞の一部となります。葉緑体化の過程では、共生した藻類が遺伝的にも宿主細胞に統合されますが、これまで適切な研究対象がなく、葉緑体化に必要な遺伝的な統合過程の詳細は不明のままでした。

本研究では渦鞭毛藻MGD株とTGD株の細胞内構造を精査し、渦鞭毛藻細胞内の葉緑体周辺に核のような構造を発見しました。その中にはDNAが存在し、それは共生藻由来の残存核（ヌクレオモルフ）であることが明らかとなりました。ヌクレオモルフはこれまで、クロララクニオン藻とクリプト藻でしか見つかっておらず、MGD株とTGD株は30年ぶりのヌクレオモルフをもつ新規系統の発見となります。また、網羅的な遺伝子解析により、多数の遺伝子が共生体核ゲノムから宿主核ゲノムへ転移していること、すなわち宿主細胞は共生藻を葉緑体として遺伝的に制御していることが判明しました。

さらに、どちらの渦鞭毛藻でも、宿主核ゲノムに転移した共生藻遺伝子のオリジナルコピーが共生藻ゲノムに残っていました。宿主核と共生藻核両方のゲノムに同一遺伝子がコードされている状態は、これまでに提唱されている遺伝子転移の中間的段階に相当しており、MGD株とTGD株は、実在の生物でその仮説を裏付けた初めての例となります。

渦鞭毛藻MGD株およびTGD株は、共生藻が宿主細胞へ遺伝的に統合されていく中途段階に相当する生物だと考えられ、葉緑体確立プロセスを理解するための鍵となることが期待されます。

本研究の成果は、2020年2月24日付Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.で公開されました。

【用語解説】

注１）
真核生物の一系統であるアルベオラータにふくまれる藻類の一群。渦鞭毛藻は2本の鞭毛をもち、およそ半数の種はクロロフィルaとcをふくむ葉緑体で光合成をおこなう。光合成性種の中に赤潮の原因となるものや、貝毒の原因となる種を含む。残り半数の種は光合成をおこなわず、従属栄養性あるいは寄生性である。

詳細（プレスリリース本文）

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