系統的所属不明真核生物Glissandra oviformisが拡張するCRuMsクレードの多様性
Glissandra属の原生生物は“系統的所属不明（Uncertain Phylogenetic Affiliations; UPA）真核生物”グループの一つであった。2013年にパラオ共和国海水湖の海藻サンプルからGlissandra属の細胞を単離、培養株化に成功し、それを新種G. oviformisと命名した。その培養細胞から抽出したRNA-seqをもとに340タンパク質コード遺伝子を用いた分子系統解析を行ったところ、G. oviformisはCRuMsの一系統であることがわかった。加えて、電子顕微鏡による微細構造観察からG. oviformisは、細胞膜下にペリクルをもち、鞭毛移行帯に中心対微小管を囲む内部スリーブがあるなど、いくつかのCRuMsメンバーと細胞の特徴を共有していることがわかった。本研究によって、UPA真核生物グループGlissandraはCRuMsの一系統であること、これまで不明であったCRuMsの共有派生形質が明らかになった。
Two evolutionarily distinct autophagy-related ubiquitin-like conjugation systems in Dinotoms
Autophagy is an intracellular degradation mechanism by which cytoplasmic materials are delivered to and degraded in the lysosome-fused autophagosome (autolysosome) and proposed to have been established at an early stage of eukaryotic evolution. Dinoflagellates harboring endosymbiotic diatoms (so-called “dinotoms”), which retain their own nuclei and mitochondria in addition to plastids, have been investigated as an intermediate toward the full integration of a eukaryotic phototroph into the host-controlled organelle (i.e., plastid) through endosymbiosis. Pioneering studies systematically evaluated the degree of host governance on several metabolic pathways in the endosymbiotic diatoms (ESDs). However, little attention has been paid to the impact of the endosymbiotic lifestyle on the autophagy operated in the ESDs. In this study, we searched for ATG3, ATG4, ATG5, ATG7, ATG8, ATG10, and ATG12, which are required for autophagosome formation, in the RNA-seq data from dinotoms Durinskia baltica and Kryptoperidinium foliaceum. We detected two evolutionally distinct sets of the ATG proteins in the dinotom species, one affiliated with the dinoflagellate homologs and the other with the diatom homologs in phylogenetic analyses. The results suggest that the ATG proteins descended from the diatom taken up by the dinoflagellate host persist for autophagosome formation and, most likely, autophagy.
地理的隔離と環境条件がもたらす長野県地獄谷温泉微生物マットの組成変化の調査
本研究では、地理的に隔離された温泉の微生物マットの組成が同じ環境条件下でどの程度一致するかの調査を実施した。長野県地獄谷温泉の4地点で採取した微生物マットを対象に、16S rRNA遺伝子アンプリコン解析およびショットガンメタゲノム解析を行った。その結果、Cyanobacteriaが優占するクラスターと、ChloroflexiとCyanobacteriaが共存するクラスターが認められた。加えて、各地点で共通して存在する光合成細菌が確認されたが、その割合は地点ごとに大きく異なっていた。これらの結果から、地獄谷温泉の微生物マットでは、類似した機能を持つ細菌（特に光合成細菌）が優占する一方で、微生物群集を構成する種の割合が大きく異なることが明らかとなり、同じ温泉環境条件下であっても局所的な地理的、環境的条件が微生物構造へ大きく影響していることが示唆された。したがって、地理的に隔離された微生物マットにおいても、微生物生態系の多様性は地点ごとの固有な地理的、環境的要因の相互作用によって決まるといえる。
CRuMsクレードの進化を解明する系統的所属不明真核生物Glissandra oviformis
パラオ共和国海水湖の海藻サンプルに付着していた“孤児真核生物”Glissandraを単離、培養株化に成功し、それをG. oviformisと命名した。その培養株から取得した大規模配列データをもとに340タンパク質コード遺伝子を用いた分子系統解析を行ったところ、G. oviformisはCRuMsのメンバーであることがわかった。また、電子顕微鏡による微細構造観察からG. oviformisは、細胞膜下にペリクルをもち、鞭毛の移行領域で軸糸の中心対を囲む内部スリーブがあるなど、いくつかのCRuMsメンバーと細胞の特徴を共有していることがわかった。本研究によって孤児真核生物Glissandraが新たなCRuMsのメンバーであること、これまで不明であったCRuMsの共有派形質を明らかにできた。
アピコンプレクサから探る真核生物の分子進化
真核生物がどのように進化してきたのかを知るためには，様々な系統の真核生物の“実態”を明らかにし，それを統合していくことが必要である．現在知られている“真核生物の実態”は“モデル真核生物”を対象に“実際の細胞”を用いた研究によるものが大きい．しかし，酵母などに代表されるモデル真核生物の多くはオピストコンタといった偏った生物群に属しており，その“実態”が真核生物全体に即していないこともある．一方で，非モデル真核生物の大半は研究基盤が確立されておらず，その生物の培養すらも難しい．そのような中で，原虫（寄生性の単細胞真核生物）は，その社会的要求から研究が進んでいる非モデル真核生物である．特にマラリア原虫に代表されるアピコンプレクサの原虫は実験系が確立されているものが多い．そのため，マラリア原虫を用いた研究の結果を中心に，様々なアピコンプレクサの，ひいては所属するアルベオラータ生物群の実態を明らかにされてきた．また，この20年で革新的に進んだ大規模並列シーケンス（次世代シーケンス：NGSとも）を使えば簡便にかつ安価に大規模な配列データが取得できるようになったことはご存じのことだろう．このことは，“ゲノム情報”であれば非モデル真核生物でもある程度丸裸にできるようになってきたともいえる．つまり，ここ十数年で，原虫などの非モデル真核生物を対象に明らかになった“実態”を，大規模配列データを用いた配列情報解析を行うことで，その“実態がどの程度真核生物全体で保存されているか”を推定し，真核生物の分子進化の全体像を明らかにすることができるようになってきた．今回はマラリア原虫を対象に細胞生物学的実験で明らかになった特異的な“オートファジー機能”と“mRNAの核外輸送機能”を起点として，配列情報解析を通して真核生物全体ではそれぞれがどのような分子進化が起きているのかに迫った研究を紹介したい．
Dinotoms possess two evolutionary distinct autophagy-related ubiquitin-like conjugation systems
Autophagy is an intracellular degradation mechanism by which cytoplasmic materials are delivered to and degraded in the lysosome-fused autophagosome (autolysosome) and proposed to have been established at an early stage of eukaryotic evolution. Dinoflagellates harboring obligate endosymbiotic diatoms (so-called “dinotoms”), which retain their own nuclei and mitochondria in addition to plastids, have been investigated as an intermediate toward the full integration of a eukaryotic alga into the host-controlled organelle (i.e., plastid). Pioneering studies systematically evaluated the degree of host governance on several metabolic pathways in the endosymbiotic diatoms (ESDs). However, little attention has been paid to the impact of the endosymbiotic lifestyle on the autophagy operated in the ESDs. In this study, we searched for ATG3, ATG4, ATG5, ATG7, ATG8, ATG10, and ATG12, which are required for autophagosome formation, in the RNA-seq data from dinotoms Durinskia baltica and Kryptoperidinium foliaceium. We detected two evolutionally distinct sets of the ATG proteins in the dinotom species, one affiliated with the dinoflagellate homologs and the other with the diatom homologs in phylogenetic analyses. The results suggest that the ATG proteins descended from the diatom taken up by the dinoflagellate host persist for autophagosome formation and, most likely, autophagy.
Population genetic analysis reveals the domestication and dispersal history of common buckwheat
Common buckwheat (Fagopyrum esculentum) is a rare example of a crop domesticated in southwest China, outside of major domestication centres, and spread widely across Eurasia likely over a thousand years ago. Here, we first sequenced and constructed a chromosomescale reference genome of a selfing accession of common buckwheat. We then resequenced a few hundred accessions including ~50 of the wild progenitor species and performed various population genetic analyses. We found that a wild population from southeast Tibet is most closely related to all cultivated accessions and observed genetic differentiation between cultivated accessions from different geographic regions. We also identified a number of selective sweeps involved in the domestication and dispersal processes, including one strong selective sweep shared by all cultivated accessions which likely originated from standing variation within the wild population from southeast Tibet. Our results suggest that all cultivated common buckwheat accessions originated from a wild population in southeast Tibet and allow us to discuss the domestication and dispersal history of common buckwheat.