細胞内共生を通じた新奇オルガネラ獲得:珪藻細胞に見られる窒素固定構造の進化解明

通过内共生获得新型细胞器：阐明硅藻细胞中固氮结构的进化

基本信息

批准号：
22870037
负责人：
中山卓郎
金额：
$ 1.58万
依托单位：
National Institute for Environmental Studies
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2011
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22870037/
关键词：
細胞内共生オルガネラ化窒素固定シアノバクテリア珪藻

项目摘要

Rhopalodia科珪藻は細胞内にSpheroid bodyと呼ばれる窒素固定に特化した構造を持つ。Spheroid bodyは細胞内共生シアノバクテリアに由来するが、既に"窒素固定オルガネラ"として珪藻細胞に統合されていると考えられており、細胞内共生を通じたオルガネラ獲得の進化機構を知る上で格好のモデルとなり得る。本研究では、Spheroid bodyおよび宿主珪藻の系統的多様性を解明するとともに、Spheroid bodyの全ゲノム配列解読を行うことにより、オルガネラ化における進化段階を明らかにする事を目標とした。本年度は、昨年度の研究において得られたSpheroid bodyゲノム配列の解析を主として行った。次世代シーケンスによって得られたリードをアセンブルした結果、2.42MbpのSpheroid bodyゲノム配列を得た。今回のシークエンスではゲノム全てを解読するには至らなかったが、近縁なシアノバクテリアに見られる解糖系、TCA回路およびタンパク質合成に関わる遺伝子のうち約80%を発見した。このことはSpheroid bodyゲノムの大半の領域を取得できたことを示唆するが、それに対して光化学系I,IIおよびフィコビリソームのサブユニット遺伝子は発見できなかった。このことからSpheroid bodyがその進化の中で、不要になった光合成関連遺伝子を失った可能性が考えられる。また、今回の解析では膜輸送系や二成分制御系などの細胞外との相互作用に関わる遺伝子の多くも見つからなかった。これらの遺伝子が欠失する傾向は、Spheroid body同様シアノバクテリア由来のオルガネラであるPaulinella chromatophoraの有色体ゲノムで確認されており、外環境に暴露されることのなくなった細胞内共生者ゲノムに共通して起こる事象であるかもしれない。

The Rhopalodia family diatoms have a structure specializing in nitrogen fixation called the Spheroid body within the cell.尽管球体体是从细胞内共生蓝细菌衍生而来的，但已经被认为已被认为是将其整合到硅藻细胞中，作为“氮固定细胞器”，并且可以成为理解通过内细胞内伴生的细胞器获取的进化机制的绝佳模型。这项研究旨在阐明球体体和宿主硅藻的系统多样性，并通过对球体体的整个基因组进行测序来阐明细胞器的进化阶段。 This year, we mainly analyzed the Spheroid body genome sequences obtained in last year's research. Reads obtained by next-generation sequencing were assembled to obtain a 2.42 Mbp Spheroid body genome sequence.尽管这个序列不允许我们破译整个基因组，但我们发现了在密切相关的蓝细菌中发现的参与糖酵解，TCA循环和蛋白质合成的大约80％的基因。这表明，球体体基因组的大多数区域都可以获取，而没有光化系统I，II和植物体的亚基基因。 This makes it possible that Spheroid body lost photosynthesis-related genes that were no longer needed during its evolution.此外，在此分析中，找不到许多参与细胞外相互作用的基因，例如膜运输系统和两组分量调节系统。删除这些基因的趋势已在Paulinella Chromomophora的染色体基因组中得到证实，Paulinella chromopophora是一种源自球菌的细胞器，如球体，并且可能是在细胞内共生基因组中发生的事件，不再暴露于外部环境。