細胞内構造の分子形態学的解析から探る非光合成原生生物における植物型遺伝子の起源

通过细胞内结构的分子形态学分析探索非光合原生生物中植物型基因的起源

基本信息

批准号：
08J09894
负责人：
丸山真一朗
金额：
$ 1.54万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、植物の誕生、即ちシアノバクテリア様生物の細胞内共生によって葉緑体(色素体)が獲得されて以来、共生体から宿主の真核生物のゲノム中へと移行してきた「植物型遺伝子」というものに注目し、藻類・非光合成原生生物においてそれらの遺伝子の進化的・機能的保存性を解明することを目的に解析を進めた。昨年度の成果を基にして解析対象と規模を拡充させると共に、光合成を行う藻類にも解析の重点を移し、「光合成をする/しない」、「葉緑体を持つ/持たない」の境界にあるような真核生物群を対象としてゲノム規模での進化生物学的解析を行った。その結果、現在葉緑体を持つ生物でも太古の地球では別の系統の藻類と遺伝子の伝達交換をしていた可能性が示唆され、地球環境において最も重要な生物的エネルギー転換である光合成の進化という点でも、ゲノムのモザイク的な進化が大きな役割を果たしていることが示された(Yang et al. submitted、 Maruyama et al. editorially accepted)。また、二次共生による色素体の獲得過程において痕跡化した、ヌクレオモルフという共生体核において、これまで核ゲノム中には存在しないと考えられていた、遺伝子が、遺伝子構造の前半と後半が逆順にコードされた「逆順tRNA遺伝子」としてゲノム中に存在し、実際に転写され、タンパク質翻訳に寄与していることを示唆した(Maruyama et al. 2010 Mol Biol Evol)。さらに、共生体と宿主という枠を超え、寄生植物(ストライガ)と宿主植物という共生関係にある真核生物間においても、進化的時間軸で見た場合に比較的「最近」起こった遺伝子の水平伝達により寄生生物のゲノム進化が進んで来たことを示した(Yoshida et al. 2010 Science)。こうした解析により、真核生物ゲノムの複雑性が生物間の遺伝子交流・水平伝達・細胞内共生的伝達によってもたらされるというゲノム進化の基本原理とも言うべき進化過程を明らかにすることができた。

在这项研究中，我们将重点研究自植物诞生以来，从共生体转移到宿主真核生物基因组中的“植物类型”，即通过蓝藻细胞内共生获得叶绿体（质体）我们关注“基因”并进行分析，目的是阐明藻类和非光合作用原生生物中这些基因的进化和功能保守性。基于去年的结果，我们将扩大分析的范围和规模，并将分析的重点转向处于“光合作用/非光合作用”和“光合作用”边界的藻类。有/没有叶绿体。”我们对真核生物群体进行了全基因组进化生物学分析，例如：研究结果表明，即使是目前拥有叶绿体的生物体也可能与古代地球上的其他藻类交换基因，导致光合作用的进化，这是全球环境中最重要的生物能量转换。基因组的嵌合进化起着重要作用（Yang 等人提交，Maruyama 等人编辑接受）。此外，在通过二次共生获得质体的过程中追踪到的被称为核型体的共生核中，发现了以前认为不存在于核基因组中的基因具有基因结构的前半部分和后半部分。有人认为它作为编码的“逆序 tRNA 基因”存在于基因组中，实际上是转录的，并有助于蛋白质翻译（Maruyama 等人，2010 Mol Biol Evol）。此外，超越共生体和宿主的框架，即使在寄生植物（独脚金）和宿主植物之间具有共生关系的真核生物中，从进化时间轴上看，遗传水平化也相对“最近”发生。寄生虫的基因组进化是通过传播取得进展的（Yoshida et al. 2010 Science）。通过这些分析，我们能够阐明可以称为基因组进化基本原理的进化过程，其中真核基因组的复杂性是由生物体之间的基因交换、水平转移和细胞内共生转移带来的。