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真核光合成生物はどのように生まれたか？— 光合成有殻アメーバのゲノム解析から見えてきた一次細胞内共生進化の初期プロセス.

合成真核生物は、10-15 億年前に、原始真核細胞がシアノバクテリアを取り込んで誕生したと 考えられている。この共生進化の初期におこった出来事については、長い進化の歴史の中で、解析 の手掛かりの多くが既に失われており、現存の植物・藻類を用いた研究から当時の様相をうかがい 知ることは困難である。ところが、近年、有殻アメーバに属する Paulinella chromatophora とよ ばれる原生生物が、約 1 億前に、植物/藻類の葉緑体の祖先とは系統の異なるシアノバクテリアを 取り込んで、葉緑体に類似した「独自の光合成オルガネラ」を進化させた生物であることがわかり、 一次共生進化の謎を解き明かす上で注目を集めている。我々は、この「非常に若い光合成オルガネラ」を持つ有殻アメーバの核ゲノム解読をおこない、 世界で初めて細胞内共生進化の初期過程にある光合成生物のゲノムの全容を高精度で明らかにす ることに成功した。この有殻アメーバはシンプルリピートが極めて多い不安定な巨大ゲノム(1Gb) を持ち、そのゲノムにはウイルス由来の配列が非常に多く含まれている。推定遺伝子数は約 3 万 7000 で、イントロンが非常に多く、また、転写される遺伝子の約 4 割がスプライス・リーダー型ト ランススプライシングを受けるなど、特徴的な性質を持っている。予想外なことに、共生シアノバ クテリアから核へ転移して機能している遺伝子はかなり少なく、ジーンオントロジー(GO)解析にお いても、共生進化にともなう核ゲノムの遺伝子レパートリーの変化は極めて限定的であることが示 唆された。さらに驚いたことに、共生者ゲノムから核ゲノムへの遺伝子転移は共生進化のごく初期 にだけ生じ、その後は動いた形跡がみられなかった。このことは、この有殻アメーバでは、細胞内 共生進化に伴う共生者と宿主間のゲノム再編成が、長い進化の間に徐々に進んだのではなく、共生 進化のごく初期に一気に完遂したことを示唆している。この有殻アメーバのゲノム解析から初めて 見えてきた一次細胞内共生進化の初期プロセスの様相について、お話したい。

系統的に独立な緑色渦鞭毛藻における代謝系進化パターンの類似性とその進化的背景.

渦鞭毛藻Lepidodiniumは緑藻由来葉緑体をもつ。この「緑色渦鞭毛藻」は祖先的（紅藻由来）葉緑体を喪失し、緑藻を細胞内共生体として獲得・葉緑体化したと考えられている。一般に葉緑体成立過程では、細胞内共生体から宿主核ゲノムへの遺伝子水平転移（EGT）が想定される。緑色渦鞭毛藻の宿主核ゲノムには元々祖先的葉緑体で機能していたタンパク質の遺伝子がコードされている ため、緑藻共生体がもつ葉緑体遺伝子のEGTにより、起源は異なるが機能の相同な葉緑体遺伝子が 宿主核ゲノムに重複したと推測できる。その後機能的相同遺伝子間の取捨選択が起きたと予想でき るが、現存する渦鞭毛藻の葉緑体成立過程においてEGTによる遺伝子重複とその後の取捨選択の全体像は未解明である。本研究では、独立に緑色葉緑体を獲得したLepidodiniumおよび未記載渦鞭毛藻2種の発現遺伝子データに基づきクロロフィルa（Chl a）、イソプレン（IPP）およびヘムの合成系遺 伝子を探索し、各配列の起源を系統解析により推測した。興味深いことに3代謝系に関して緑色渦鞭毛藻間での取捨選択パターンは共通の傾向を示した。IPPおよびヘム合成系では宿主由来遺伝子の発現が保存的であり、特にIPP合成系ではEGTが未検出だった。一方Chl a合成系ではEGTの検出に加え、クロララクニオン藻との近縁性を示す遺伝子を複数検出した。本発表では緑色渦鞭毛藻の 3代謝系進化傾向における類似性の背景について考察する。

セスジアカムカデ中のグレガリナ様寄生虫における非光合成性色素体.

アピコンプレクサは寄生性の原生生物からなる系統群であり、多くの種が非光合成性色素体を保持する。これは祖先型色素体（葉緑体）が進化の過程で光合成能を始めとする様々な機能を失った結果だとされているが、その縮退過程は未解明である。このことは、アピコンプレクサ早期分岐系統の色素体に関する情報の不足が一因である。本研究ではアピコンプレクサの進化において早期に分岐したことが示唆されたグレガリナ類に着目し、本生物の色素体関連遺伝子を探索することで、グレガリナ類が非光合成性色素体を保持するか検討した。グレガリナ類は無脊椎動物に寄生するが、今のところ実験室内で単独培養できない。そこで、我々は入手の容易なセスジアカムカデからグレガリナ様寄生虫細胞を収集し、cDNAの合成と増幅及び網羅的シーケンスを行った。再構築したグレガリナ様寄生虫mRNA配列に対して、他種生物の色素体局在タンパク質配列をクエリとして相同性検索を行った。その結果、葉緑体・縮退型色素体に局在するヘム合成及びイソプレノイド合成に関わる計4種のタンパク質コード配列が検出された。さらにこの内2配列のN末端には色素体への輸送シグナル配列が予測された。本研究結果はグレガリナ様寄生虫が色素体を保持することを強く示唆し、アピコンプレクサの色素体進化の全容解明につながることが期待される。

ランブル鞭毛虫近縁種における分割イントロン（splintron）の探索：splintronの普遍性と成立機構の解明に向けて.

腸管寄生性原虫であるランブル鞭毛虫（Giardia intestinalis）における特殊なトランススプライシングでは、2つの独立な未成熟mRNA分子に存在する分割イントロン（SPLit INTRON: splintron）が塩基配列の相補的結合を形成し、スプライシングによって1つのmRNA分子が完成する。これまでGiardia の近縁種でsplintronをもつ遺伝子の報告はないため、Giardia splintronがどのように成立したかは不明である。そこで本研究では、Giardia に近縁な自由生活性生物Kipferlia bialataにおけるsplintronの存在を検証した。これまでにゲノムワイドでsplintronを探索する方法はなかったため、ゲノム配列に対する全発現遺伝子配列のマッピング結果に基づきsplintronを検出する独自のアルゴリズムを開発した。まず本アルゴリズムでGiardia ゲノム中の既知splintronを検出できることを確認し、次いでKipferliaゲノム中のsplintron検出を試みた。Splintronの存在が予測された4種のKipferlia遺伝子について、転写物をRT-PCRにより増幅して得られたcDNA配列は、予想されるトランススプライシング後のmRNA配列に合致した。一方でゲノムDNAを鋳型とした同じPCR実験ではPCR増幅が起こらず、解析したエキソンがKipferliaゲノム上で十分に離れた領域に位置することが示された。以上の結果は、Giardia の近縁種でもsplintronが存在することを示唆する。今後はより広範な生物でsplintronの探索を行い、真核生物におけるsplintronの普遍性の検証とその成立過程の解明を目指す。

Giardiaに近縁な自由生活性鞭毛虫Dysnectes brevisのMRO機能の予測

嫌気・微好気環境や寄生生活に適応した一部の真核生物は、典型的なミトコンドリア（Mt）を失い、Mtが縮退したと考えられるMt関連オルガネラ（MRO）を保持している。多様な鞭毛虫からなるフォルニカータ生物群に属する寄生虫Giardia intestinalisのMRO（マイトソーム）は形態的・機能的に非常に縮退しており、Mtに由来する機能は鉄硫黄クラスター生合成系のみである。一方、フォルニカータ生物群の姉妹群にあり同じく鞭毛虫からなるパラバサリア生物群に属する寄生虫Trichomonas vaginalisのMRO（ハイドロジェノソーム）には、アミノ酸代謝、抗酸化系、鉄硫黄クラスター生合成系、MRO局在型嫌気的ATP合成系など多くの機能が残存している。我々はこれまでにGiardiaのMROに至る縮退進化を明らかにするために、Trichomonasの分岐後Giardiaに至る系統から派生した自由生活性のフォルニカータ鞭毛虫Kipferlia bialataの解析を行い、KipferliaのMROがTrichomonasのMROとほぼ同様の機能を保持している可能性すぉしめし、第84回の本大会で報告した。今回はKipferliaの分岐後Giardiaの分岐以前に分岐し、GiardiaのMROとTrichomonasのMROの中間程度の大きさのMROを保持している自由生活性のフォルニカータ鞭毛虫Dysnectes brevisのゲノム・トランスクリプトームデータからMRO機能を推測した。それを上述3種のMRO機能と比較した結果、細胞質型嫌気的ATP合成系の鍵酵素であるACSがKipferlia、Dysnectes、Giardiaの共通祖先の段階で獲得され、その後DysnectesとGiardiaの共通祖先の段階でMRO局在型嫌気的ATP合成系の鍵酵素であるASCTとSCSが失われ、それに伴いATP非産生MROへと進化した可能性が示唆された。

Contribution of chlorarachniophytes to the chlorophyll a synthesis in green-colored dinoflagellates.

The plastid proteome of dinoflagellates experienced plastid replacement comprises proteins with diverse origins, namely those (i) acquired from the endosymbiont (‘endosymbiont-derived proteins’), (ii) inherited from the ancestral dinoflagellate beyond plastid replacement (‘vertically-inherited proteins’), and (iii) gained from organisms related to neither host nor endosymbiont lineage (‘laterally-acquired proteins’). In this study, we investigated the degree of the chimerism in the chlorophyll (Chl) a synthetic pathway in Lepidodinium chlorophorum, and two undescribed dinoflagellate strains TRD-132 and MRD-151, which experienced plastid replacement initiated by green algal endosymbiosis. We here surveyed the transcriptomic data of these species to identify genes encoding the proteins involved in the Chl a synthesis, and identified all the proteins required to convert protoporphyrinogen IX to Chl a, except Mg-protoporphyrin IX monomethyl ester (oxidative) cyclase, in the three green-colored dinoflagellates. As expected, our phylogenetic analyses detected all of the three protein types, i.e. endosymbiont-derived, vertically-inherited, and laterally-acquired proteins, in the pathway of interest. However, to our surprise, the proteins most likely acquired from chlorarachniophytes appeared to involve in four out of the five steps in the Chl a synthesis examined here. Such gene transfer from a specific lineage, which is closely related to neither host nor plastid lineage of the green-colored dinoflagellates, was not observed in plastid-localized pathways for the isopentenyl diphosphate and heme syntheses. We need to expand our analysis to other metabolic pathways localized in the plastids to judge whether the contribution of chlorarachniophyte-derived genes is restricted to the Chl a synthesis.

Parallel genome reduction in pedinophyte-derived plastids in green-colored dinoflagellates.

The transformation of the endosymbiotic cyanobacterium into the plastid (primary endosymbiosis) should have associated with severe reduction of the endosymbiont genome. Some of us previously proposed the plastid genome in the pedinophyte endosymbiont in the dinoflagellate Lepidodinium chlorophorum seemingly underwent an extra reduction. However, it remains unsure whether similar reductive trends can be observed in the plastid genomes of two undescribed dinoflagellate strains TRD-132 and MRD-151, of which current ‘green-colored’ plastids were acquired from pedinophyte endosymbionts. In this work, we compared the plastid genomes of three free-living pedinophytes to those of three ‘green-colored’ dinoflagellates, namely L. chlorophorum and strains TRD-132 and MRD-151. As the three dinoflagellates most likely integrated pedinophyte endosymbionts as the plastids separately, the impact of the endosymbiosis in a dinoflagellate cell on the plastid genome of a pedinophyte endosymbiont can be evaluated by the three independent lineages in our comparison. The three pedinophyte-derived plastid genomes appeared to harbor similar numbers (60-68) of functionally assignable open reading frames (ORFs), although the size varies from ~66 to ~102 Kb. We here propose that similar reductive pressures worked on the plastid genomes of pedinophyte endosymbionts in the separate dinoflagellate cells. Firstly, the ORF repertories in the three pedinophyte-derived plastid genomes appeared to be subsets of those in the pedinophyte plastid genomes. Secondly, the pedinophyte-derived plastid genomes commonly but separately lost the inverted repeats after being engulfed by the dinoflagellate hosts, as all the plastid genomes of the three free-living pedinophytes share the corresponding structure.

A heterolobosean strain SRT213 and its mitochondrion-related organelle.

An amoeboflagellate, strain SRT213, was isolated from mangrove sediments sampled in the Republic of Palau in 2011, and has been maintained in the laboratory under the micro-aerobic condition with prey bacteria. A preliminary electron microscopic observation identified no typical mitochondrion, but double membrane-bound organelles that resembled superficially to mitochondrion-related organelles (MROs) found in diverse anaerobic/micro-aerophilic eukaryotes. Our small subunit ribosomal DNA phylogeny recovered a strong affinity between SRT213 and a heterolobosean Creneis carolina (Panek et al, 2014), suggesting that this amoeboflagellate is a new member of Heterolobosea. Prior to this study, MRO function was investigated only in two heterolobosean species, Psalteriomonas lanterna (de Graaf et al., 2009) and Sawyeria marylandensis (Barbera et al., 2010). In this study, we generated the transcriptomic data from SRT213 to deepen our understanding of the function of MROs in heteroloboseans. Homology searches against the SRT213 data successfully identified the transcripts encoding enzymes involved in anaerobic ATP generation and hydrogen production, suggesting that the MRO in this species belongs to “class 3/4.” In addition, we identified the transcripts for putative MRO proteins that were not detected in the data from the two previously studied heteroloboseans, such as subunits of succinate dehydrogenase (complex II), those of F₀F₁ ATP synthase (complex V), and the enzymes comprising the TCA cycle. In this presentation, we will discuss the differences and commonalities in MRO function between SRT213 and other anaerobic/microaerophilic eukaryotes.

Morphology, ultrastructure and phylogeny of a new species of Glissandra (Protista incertae sedis).

Glissandra is an understudied genus of free-living marine biflagellates of which taxonomic position remains uncertain. These flagellates are characterized morphologically by possessing a short ventral groove and two long flagella inserted laterally from the groove. Both flagella tightly hold to substrate and only the tip of the anterior flagellum waves when gliding. Two species, G. innuerende Patterson and Simpson, 1996 and G. similis Lee, 2007, have been described so far. However, neither ultrastructural nor molecular study has been performed due to the absence of the laboratory culture. We recently established a culture of a new species of Glissandra from a seaweed sample of the Republic of Palau. In this study, the cultured Glissandra cell was subjected to light and electron microscopic observations, as well as a molecular phylogenetic analysis. Light microscopic observation indicated that the flagellate had the characteristics of Glissandra, such as a short ventral groove and two long flagella that attach to substrate. However, we noticed two differences between the new Glissandra species and the two species previously described. Firstly, the former cell is smaller in size than G. innuerende or G. similis. Secondly, the two flagella were inserted longitudinally in the new species, not laterally as observed in the two previously described species. In addition, the new species appeared to possess an oval depression, which is apart from the groove, at the ventral side of the cell. The transmission electron microscopic observation revealed that the cell membrane is lined by a thin theca, which is similar to that of apusozoans, and the rim of the oval depression is supported by a microtubular band. An 18S rRNA gene phylogeny recovered no strong affinity between the new species and any known eukaryotes/assemblages (including Apusozoa), suggesting that Glissandra represents a previously overlooked branch of the tree of eukaryotes.

Molecular tinkering of the evolution of the membrene attachment mechanisms of the Rheb GTPase.

Rheb is a highly conserved Ras-like GTPase involved in the cell growth and division regulation. A standard Rheb protein consists of a GTPase domain and a hypervariable tail with a C-terminal motif governing prenylation of a conserved cysteine residue. We conducted a detailed analysis of Rheb sequences based on a dense sampling of the eukaryote phylogeny, including minor lineages of key evolutionary importance. The analysis revealed that the canonical and apparently ancestral Rheb protein structure has been modified in multiple lineages in a way that affects the mode of membrane attachment of the protein. First, Rheb in Cryptista (including Palpitomonas bilix as the basal lineage) exhibits an N-terminal extension comprising the conserved phosphoinositide-binding PX (Phox) domain. This protein structure is the first defined candidate synapomorphy of the Cryptista clade. Rheb proteins in Euglenozoa and its sister lineage represented by the novel undescribed protist SRT308 share at the N-terminus an unrelated phosphoinositide-binding domain, FYVE. The C-terminal prenylation motif is retained in the Rheb protein of SRT308, but it was lost before euglenozoan radiation. In Euglenoidea, a second Rheb paralog emerged, lacking the FYVE domain but characterized by an N-terminal amphipathic helix that we demonstrated is myristoylated. All three lineages of the SAR clade (Stramenopiles, Alveolata, Rhizaria) exhibit a novel Rheb form with a long C-terminal extension including four transmembrane segments. This is the only Rheb variant in alveolates and rhizarians, whereas the canonical Rheb is widespread in stramenopiles, indicating Rheb duplication and modification of one paralog in the SAR stem followed by the loss of the standard form from some SAR lineages. Finally, Rheb proteins in several unrelated groups (ancyromonads, labyrinthulids) possess an N-terminal extension of varying length with multiple cysteine residues that might be palmitoylated. Rheb-membrane interaction is thus unexpectedly evolutionarily dynamic and represents an intriguing case of molecular tinkering.

新奇ヘテロロボサ生物SRT213における縮退的ミトコンドリア機能の推測.

パラオ共和国のマングローブ底泥嫌気サンプルから真核微生物SRT213株が単離された。SRT213は典型的なミトコンドリアの代わりに嫌気・微好気環境生物に特異な縮退的ミトコンドリア（mitochondrion-related organelle；MRO）をもつことが電子顕微鏡観察よって示唆された。また、SRT213はSSU rDNA系統解析で嫌気性ヘテロロボサ生物Creneis carolina (Panek et al., 2014)と強い近縁性を示したため、MROをもつ新奇嫌気性ヘテロロボサ生物であると考えられる。これまでにMROに関する研究が行われたヘテロロボサ生物はPsalteriomonas lanterna（de Graaf et al., 2009）とSawyeria marylandensis（Barbera et al., 2010）のみであり、この生物群におけるミトコンドリア縮退進化の全体像を俯瞰するに十分とは言えない。本研究では、ヘテロロボサ生物におけるMRO縮退進化の理解を目指して、トランスクリプトームデータを基盤にSRT213のMRO機能を推測した。その結果、水素発生型ATP合成系関連遺伝子群を検出し、それらの一部のMROへの局在が示唆されたことから、SRT213は水素発生型MROを保持しているものと考えられた。さらに、これまでに解析された嫌気性ヘテロロボサ生物2種では検出されていないコハク酸脱水素酵素、F₀F₁ATP合成酵素群、TCAサイクル関連遺伝子が検出された。以上の結果をもとにSRT213を含む嫌気的ヘテロロボサ生物におけるMRO機能の進化を議論したい。

セスジアカムカデ消化管内寄生虫の網羅的mRNAデータに基づくアピコンプレクサの初期進化に関する一考察．

アピコンプレクサは寄生性原生生物であり、一部の例外を除き非光合成性色素体を保持する。これは光合成性色素体が機能的・構造的に縮退した結果だと考えられるが、アピコンプレクサ早期分岐系統の色素体に関する情報が不足している。本研究では、アピコンプレクサの早期分岐系統だと考えられるグレガリナ類に着目し、その系統的位置を頑健に推定するとともに、本生物が非光合成性色素体を保持するか検討した。グレガリナ類は無脊椎動物に寄生するが、今のところ実験室内で単独培養できない。そこで我々はセスジアカムカデの消化管内からグレガリナ様寄生虫細胞を収集し、網羅的mRNAデータを取得した。このデータを基盤に66遺伝子配列に基づく系統解析を行った結果、グレガリナ様寄生虫を含むグレガリナ類の単系統性およびアピコンプレクサとの姉妹群関係が強く支持された。さらに、網羅的mRNAデータ中から色素体に局在する代謝系に関わるタンパク質コード配列が検出され、非光合成性色素体の存在が示唆された。本研究結果から、グレガリナ類がアピコンプレクサの早期分岐系統であることが強く示唆され、その共通祖先が色素体を保持するものの光合成能を失っていたと推測された。

Mitochondrial genome of a protist branched at the base of Euglenozoa.

Euglenozoa is a large protist assemblage comprising three major subgroups, namely Euglenida, Diplonemea and Kinetoplastea. Members of this assemblage are known for a large diversity in mitochondrial (mt) genome structure. The mt genome of Euglena gracilis, a representative of euglenids, are likely composed of multiple linear chromosomes, which harbor only 6 protein-coding genes and fragmented ribosomal RNA genes. No RNA editing has been detected in the transcripts from Euglena mt genome. Diplonemid mitochondrial genomes were found to comprise multiple minicircular chromosomes, each of which carries a partial gene fragment, and initial transcripts from the mt minicircles receive both trans-splicing and RNA editing to yield mature mRNAs. Mitochondria of members of Kinetoplastea contain a complex network of two types of circular chromosomes, maxicircles and minicircles, and transcripts from the maxicircle are edited intensively by guidance of the transcripts from the minicircles prior to translation. To understand how the complex genome structures and RNA editing mechanisms observed among the extant euglenozoans emerged, it is important to infer the mt genome structure of the ancestral euglenozoan. The aforementioned issue can be addressed by analyzing the mt genome of a novel protist strain SRT308, which was placed robustly at the base of the Euglenozoan clade in our phylogenomic analysis. We here report a 61 Kb-fragment of SRT308 mt genome harboring genes encoding COX1, COX2, COX3 and subunits of NADH dehydrogenase, succinate dehydrogenase and ATP synthase. The partial SRT308 mt genome suggests that this protist (and the ancestral euglenozoan as well) possesses the mt genome larger in both size and gene content than the euglenozoan mt genomes studied to date.

有殻アメーバのゲノム解読による一次細胞内共生進化の初期プロセスの解析．

有殻アメーバPaulinella chromatophora は約１億年前にシアノバクテリアを取り込んで誕生した真核型光合成生物であり、植物・藻類の葉緑体と比べ非常に若い光合成オルガネラを持つ。我々は、この有殻アメーバゲノムの解読を行い、世界で初めて、細胞内共生が成立して間もない、一次細胞内共生進化初期過程にある光合成生物のゲノムの全容を高精度に明らかにした。有殻アメーバゲノム（1Gb）はシンプルリピート、トランスポゾン、ウイルス由来の配列を多く持ち、それらリピート配列は全ゲノムの８割を占める。推定遺伝子数は約3万7000個、転写される遺伝子の約4割がスプライス・リーダー型トランススプライシングを受けるなどのユニークな特徴を持つ。驚いたことに共生シアノバクテリアから宿主核へ転移した遺伝子は少なく、共生者からの遺伝子転移が遥か太古において停止したことが示唆された。このことは、遺伝子転移を伴うゲノム再編成のプロセスが、有殻アメーバにおいては、時間をかけて徐々に進行したのではなく、共生進化の早い段階で一気に進んで完遂したことを示唆する。また細胞内共生の成立時期を起点にウイルス性因子、トランスポゾンの増幅が観察され、転移因子の活性化と一次細胞内共生進化に密接な関係があることも示唆された。有殻アメーバのゲノム解析から見えてきた一次細胞内共生進化の初期プロセスについて報告する。

Speciation and dispersal pattern of marine protists in the vertical dimension.

How do organisms disperse over a wide area? What is a trigger for the diversification of species? Phylogeographic studies could provide new insights into these fundamental questions. Radiolarians are one of the good candidates to study biodiversity of marine protists, because they have vertically and geographically wide distributions in the world oceans and their large body size are easy to identify individuals. However, less molecular information of radiolarians impedes us to test this dispersal pattern and speciation process. Hence, the phylogeographic study of radiolarians is an urgent task for understanding their evolutionary processes. Here, we demonstrated two important subjects for radiolarian speciation and ecology ? ecological partitioning and wide vertical dispersal by using molecular techniques.

Spongotrochus glacialis, a symbiotic radiolarian, dwells in the warm surface water and can distribute in deeper water than chlorophyll maximum depth. We collected individuals of this radiolarian morphospecies at different depth along the water column in the North Pacific Subtropical Water. Our phylogenetic analyses of the small subunit (SSU) rDNA, internal transcribed spacer (ITS) regions of rDNA, 5.8S rDNA, and large subunit (LSU) rDNA showed that S. glacialis is composed of two genetic types with morphological differences and these two genetic types were vertically segregated from each other, bounded by chlorophyll maxima. With respect to morphological significance and different distribution pattern, we propose here these two genetic types are genetically isolated sibling species. The distribution pattern associated with environmental features of habitats suggests that two sister species can survive on different food resources: one in oligotrophic surface waters by using nutrients from photosynthetic symbionts, and the other at deeper depths by depending on both heterotrophic and symbiotic nutrition. Moreover, molecular clock analyses showed that the two sister species were diverged during the period of oligotrophic surface-water development in the Pacific Ocean. Thus, the genetic isolation in vertical dimensions occurs through ecological partitioning without any physical barriers in the pelagic oceans.

The morphospecies, Larcopyle buestchlii, is mainly distributed in surface waters (above 200 m in water depth). However, only in the Japan Sea, this species can be found in deeper water exceeding around 1,000 m in depth. We analyzed genetic structure of this morphospecies from surface to deep waters in the Japan Sea based on the ITS rDNA genes. We found that multiple ITS variants from each individual and these polymorphisms show no geographic structure. These high polymorphic ITSs possibly indicate a strictly clonal mode of reproduction because such clonal reproduction cannot reduce the genetic variation by genetic recombination. Our finding suggests that the strictly clonal mode of reproduction produces high polymorphisms and leads fast dispersal of radiolarians toward deep water.

ユーグレノゾア基部から分岐する新奇原生生物のミトコンドリアゲノム．

ユーグレノゾアは主にユーグレナ類、ディプロネマ類、キネトプラスト類から構成され、系統毎に特徴的なミトコンドリア（Mt）ゲノム構造の進化が起こったと考えられるが、その過程は未解明である。従ってユーグレノゾアのMtゲノム構造多様化過程の解明にはその祖先的Mtゲノム構造の推測が必要である。新奇原生生物SRT308株は、153遺伝子連結系統解析によってユーグレノゾア基部から分岐することが示された。そのため本種はユーグレノゾア祖先的Mtゲノムを持ち、本生物群におけるMtゲノム多様化解明のカギを握ることが示唆された。そこでSRT308 Mtゲノムの解読を行ったところ、61キロ塩基長の環状分子であること、そのタンパク質遺伝子組成は、ユーグレノゾア主要生物種のMtゲノムのタンパク質遺伝子組成の和集合に極めて近いことが判明した。従って、SRT308を含むユーグレノゾアの共通祖先は、少なくとも19個のタンパク質遺伝子を持つ環状Mtゲノムをもっていたと推測できる。

海洋鉛直構造と放散虫の種分化.

放散虫は地理的・鉛直的に幅広い生息分布を持つにも関わらず、分子情報が限られていたために物理障壁の少ない海洋でどのように分散し、隔離されているか不明であった。今回、汎存種として知られている放散虫Spongotrochus glacialisとLarcopyle buestchliiに着目し、リボソームDNA配列からそれぞれの分子系統地理を明らかにした。太平洋赤道域のS. glacialis では２つの異なる系統が貧栄養な表層水上部と表層水下部に鉛直的に棲み分けており、栄養戦略の違いによるものと考えられた。一方、日本海のL. buestchliiは表層?深層水まで大きく異なる海洋環境中で単一種が一様に分布しており、競合相手が少ない日本海特有の分布パターンであると考えられた。これらのことから放散虫は栄養戦略の違いや競合相手の有無によってその分布が制限されていることが初めて示唆された。

陸生節足動物消化管から単離されたグレガリナ様寄生虫の系統学的位置と非光合成性色素体の探索.

アピコンプレクサは寄生性原生生物であり、多くの種が非光合成性色素体を保持する。これは光合成性色素体が機能的に縮退した結果だと考えられるが、アピコンプレクサ早期分岐系統の色素体に関する情報が不足している。本研究ではアピコンプレクサの早期分岐系統だと考えられるグレガリナ類に着目し、その系統学的位置を頑健に推定するとともに、グレガリナ類が非光合成性色素体を保持するか検討した。我々はセスジアカムカデ及びミナミヤスデ科の1種Trigoniulidae gen. sp.よりグレガリナ様寄生虫細胞を収集し、網羅的mRNAデータを取得した。これを基盤に複数遺伝子配列に基づく系統解析を行った結果、この2種のグレガリナ様寄生虫を含むグレガリナ類の単系統性及び他のアピコンプレクサとの姉妹群関係が支持された。さらにmRNAデータ中から色素体関連遺伝子の探索を行い、光合成性色素体を保持するか検討したので、系統解析の結果と合わせて議論する。