Abstract 2015

トランスクリプトームデータを基盤とした大規模 分子系統解析による新奇 嫌気性真核微生物 PAP020株の系統的位置 の解明（日本進化学会第17回大会）

パラオ共和国のマングローブ林底泥サンプルから単離された未記載真核微生物PAP020株は、嫌気環境下でバクテリアを餌として培養、維持されている。PAP020株は豆状の細胞で、腹部に２本の鞭毛を持つ。予備的な電子顕微鏡観察では、細胞内に典型的なミトコンドリアを持たず、この生物の微好気的培養条件と矛盾しない。PAP020株は、予備的な形態観察および小サブユニットリボソームDNA（SSU rDNA）を用いた系統解析では系統的位置を推定するには至らなかった。本研究では大規模分子系統解析によってPAP020株の真核生物系統中の位置を明らかにすることを目指した。PAP020株の網羅的mRNA配列を基盤に、79タクサ×147タンパク質から成るアライメントデータを作成し、最尤法によって系統解析を行った。その結果、PAP020株、パラバサリア類およびディプロモナス類の単系統性が復元され、BP値100％で支持された。SSU rDNA系統解析の結果と併せると、PAP020株はパラバサリア類およびディプロモナス類に近縁な新奇系統であると考えられる。今後PAP020株とパラバサリア類・ディプロモナス類の代謝機能を比較解析することにより、この系統群の嫌気性ミトコンドリアの機能と進化の新たな側面が明らかになる可能性が高い。

Strain PAP020, a novel anaerobic microeukaryote branching at the base of Fornicata (VII ECOP-ICOP)

A novel microeukaryote, strain PAP020, was isolated from mangrove sediments sampled in the Republic of Palau in November 5, 2011. The laboratory culture of strain PAP020 has been maintained under the anaerobic condition with prey bacteria. PAP020 is oval-shaped cell with two flagella. A preliminary electron microscopic observation identified no typical mitochondrion in the cell. As PAP020 shared no clear morphological characteristic with other previously described eukaryotes, we further explored the position of this microeukaryote using the maximum-likelihood (ML) phylogenetic analysis of small subunit ribosomal DNA (SSU rDNA) sequences. In the SSU rDNA tree, PAP020 showed no strong affinity to other eukaryotes. The position of this microeukaryote was difficult to be settled in the SSU rDNA phylogeny, as the PAP020 sequence appeared to be rapidly evolving. As neither microscopic observation nor SSU rDNA phylogeny provided any clues for the phylogenetic affiliation of PAP020, we suspected that this microeukaryote belongs to an as-yet-to be recognized lineage. To determine the precise phylogenetic position of PAP020, we ran a ‘phyogenomic analysis’ based on the transcriptomic data of PAP020, which was generated by an Illumina Hi-seq 2000 platform. We prepared an alignment comprising 147 proteins sampled from 79 of phylogenetically diverse eukaryotes (including PAP020). The ML tree inferred from the 147-protein alignment reconstructed a clade comprising PAP020, parabasalids and diplomonads with a BP of 100%. Within this clade, PAP020 showed a specific affinity to diplomonads with a BP of 79%. Due to lack of large transcriptomic/genomic data of CLOs in public databases, we could not include any CLOs in the phylogenomic analysis. Thus, the relationship among PAP020, CLOs, and diplomonads remains uncertain in this study. Nevertheless, we here propose that PAP020 branches at the base of the clade of CLOs and diplomonads (Fornicata), as the SSU rDNA phylogeny recovered Fornicata by excluding PAP020. If PAP020 is genuinely basal to Fornicata, this microeukaryote may hold keys to predict the ultrastructure and anaerobic metabolism of the common ancestor of Fornicata.

Is a microaerophilic flagellate strain PAP020 is the most basal member of the Fornicata? (CIFAR)

No abstract

Metobolic capacity of mitochondrion-derived organelles in the free-living anaerobic stramenopile Cantina marsupialis. (SGM2015)

Functionally and morphologically degenerated mitochondria, so-called mitochondrion-derived organelles (MDOs), are frequently found in eukaryotes inhabiting in oxygen-depleted environments. MDOs have been discovered from a phylogenetically broad range of eukaryotic lineages, and these organelles have been unveiled to possess an unexpected diversity of metabolic capacities. In this study, the biochemical characteristics of an MDO in the free-living anaerobic stramenopile Cantina marsupialis were inferred based on RNA-seq data. We found transcripts for proteins known to function in one form of the MDOs, the hydrogenosome, along with transcripts for acetyl-CoA synthetase (ADP-forming). N-terminal mitochondrial (MDO) targeting signals were predicted in these proteins. In addition, the MDOs in C. marsupialis were also shown to contain several features of canonical mitochondria, including pathways for amino acid metabolism, an iron-sulfur cluster assembly, and an “incomplete” tricarboxylic acid cycle. Transcripts for all subunits of complex II (CII) of the electron transport chain were detected, while there was no evidence for the presence of complexes I, III, IV, and V. Remarkably, ubiquinone was identified in this anaerobic protist with high performance liquid chromatography. Based on its high redox potential, CII of MDOs in C. marsupialis is suggested to function as succinate dehydrogenase.

43遺伝子系統解析により解明されたキネトプラスチダ類における寄生性形質獲得プロセス（第84回日本寄生虫学会大会）

真核単細胞鞭毛虫キネトプラスチダ類は、土壌や海洋に主に生息する自由生活種の他、人体に重大な病状を引き起こすトリパノソーマ原虫をふくむ多数の寄生虫から構成される。キネトプラスチダ類の寄生虫はヒト以外にも魚介類・アメーバなど多様な生物を宿主とするため、この系統群の進化においては自由生活から寄生への生活様式の移行が複数回独立に生じたと考えられている。ゲノムデータの豊富なトリパノソーマ原虫に比べ、ヒト以外を宿主とする寄生虫に関しては分子データが乏しく、キネトプラスチダ類寄生虫間の系統関係の詳細は未解明である。本研究では、魚類住血虫Trypanoplasma borreli、ホヤ被嚢寄生虫Azuminobodo hoyamushi、およびアメーバに寄生するIchthyobodo-related organismより網羅的mRNAデータを取得した。これらのmRNAデータを基盤に計57遺伝子配列に基づく系統解析を行い、解析した3種を含む寄生性種と自由生活性種の系統的位置を頑健に推測することに成功した。本発表では、このキネトプラスト類の系統関係をもとにキネトプラスチダ類における寄生性形質獲得プロセスについて議論する。

嫌気性ストラメノパイル生物Cantina marsupialisが有するミトコンドリア関連オルガネラの代謝能推定 （日本藻類学会第39回大会）

嫌気環境に生息する真核微生物の中には、酸化的リン酸化によるATP合成能が消失するなど、機能・構造的に好気性ミトコンドリアとは異なる縮退したオルガネラを有することが知られている。このような進化的起源がミトコンドリアと同じオルガネラは、一般にミトコンドリア関連オルガネラ(MRO)と呼ばれている。近年、様々な嫌気性真核微生物が有するMROの代謝能に関する研究が行われた結果、MROの極めて大きな機能的多様性が明らかにされてきた。本研究ではRNA-seq解析により、嫌気性ストラメノパイル生物Cantina marsupialisが有するMROの代謝能を推定した。その結果、MROの一種であるヒドロジェノソームおよび好気性ミトコンドリアそれぞれに特有の代謝経路を構成する酵素群がMRO内に存在することが示唆された。また、電子伝達系では複合体IIのサブユニットをコードする転写産物のみ検出された。これまでに多くの嫌気性真核生物から、電子伝達物質として低酸化還元電位を有するロドキノンが検出されており、複合体IIはフマル酸還元酵素として働くことが報告されている。しかし、C. marsupialisからは高酸化還元電位を有するユビキノンが検出された。したがって、本生物において複合体IIはコハク酸デヒドロゲナーゼとして機能していると考えられる。