微細藻類は真核生物の多様な系統に存在し、比較的単純なゲノム・細胞構造と多様な代謝・生理機能を併せもつ。組成既知の培地で均一な細胞集団を得られ、分子・細胞生物学、生理学、生態学、進化生物学など幅広い研究に適するが、多くは遺伝子操作技術や野外生態の知見が乏しく、潜在力を十分に生かせていない。私たちは、世界各地の硫酸酸性温泉に生息する単細胞紅藻イデユコゴメ綱の分野横断的な研究基盤を開発している。紅藻は緑藻・陸上植物につながる系統と進化の初期に分岐し、紅藻由来の葉緑体は二次共生を通じて多様な真核藻類に広がった。紅藻の中でも初期に分岐したイデユコゴメ綱は約8～17Mbの小さなゲノムをもち、特にイデユコゴメは真核生物としてほぼ最小限の細胞内構成をもつため、真核生物の基本機能と進化を探るモデルとして高い潜在性をもつ。最近私たちは、長らく無性生殖のみと考えられてきた本綱で有性生殖を伴う生活環を発見した。細胞壁をもつ二倍体と、もたない一倍体の間の転換や、異なる性の接合を実験的に解析できるようになり、植物をはじめとする真核生物における、有性生殖や細胞分化を伴う複雑な多細胞生活環の進化について、新たな手がかりが得られつつある。また、複数種のゲノム・トランスクリプトーム情報や高度な遺伝子操作技術の整備に加え、自然生息地での生態と実験室での解析を結びつける研究も進めている。本セミナーでは、こうした研究基盤の開発と、それを活用した光合成真核細胞の基本機能、有性生殖・生活環の進化、極限環境への適応の解明に向けた研究を紹介する。

Hirooka, S., Fujiwara, T., Seger, M., Inagaki, S., Yamashita, S., Tsujino, D., Onuma, R., Kanesaki, Y., Watanabe, S., Hirose, Y., Ohbayashi, R., Takusagawa, M., Zhou, B., Tomita, R., Yagisawa, F., Lammers, P., Iwane, A.H., Miyagishima, S. Sexual life cycle establishes the unicellular red algae Cyanidiophyceae as a genetically tractable model for eukaryotic evolution. (2026) Plant Cell 38: koag148.

Hirooka, S., Itabashi, T., Ichinose, T.M., Onuma, R., Fujiwara, T., Yamashita, S., Jong, L.W., Tomita, R., Iwane, A.H., Miyagishima, S. Life cycle and functional genomics of the unicellular red alga Galdieria for elucidating algal and plant evolution and industrial use. (2022) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 119: e2210665119.

Miyagishima, S., Tanaka, K. The unicellular red alga Cyanidioschyzon merolae—The simplest model of a photosynthetic eukaryote. (2021) Plant Cell Physiol. 62: 926–941

 

東京大学大学院理学系研究科・生物科学専攻・発生細胞生物学研究室