研究内容

「サンゴと褐虫藻の共生」

サンゴは褐虫藻に生存に必要な栄養の大半を、褐虫藻はサンゴに住処や無機栄養塩を依存しながら、両者は共生関係を築いている。この共生関係こそが、サンゴ礁生態系の礎である。しかし、近年の地球温暖化などの影響に伴う環境変化が生じると、両者の共生関係は簡単に崩壊してしまい、サンゴの白化が引き起こされる。サンゴの白化は、最終的にはサンゴ礁生態系の崩壊へと繋がるおそれがあるため、サンゴ-褐虫藻の共生機構解明が急がれている。

この共生関係はどのように始まり、成立するのか？

約70%のサンゴ種はプラヌラ幼生へ変態した後に、共生褐虫藻を環境中から獲得する（褐虫藻の水平伝播）。代表的なサンゴであるミドリイシ属サンゴ（Acropora）は、初期ライフステージの間（枝を作る様になるまで）、Symbiodinium microadriaticum とよく共生していることが知られている（石垣島近海の例）。取り込んだ褐虫藻をどの様に共生体と認識に、共生関係を確立するのか明らかにするために、遺伝子発現を網羅的に調べてきました。（続く）

関連文献

サンゴと褐虫藻の共生に関わる遺伝子候補を特定―サンゴ礁生態系を支える共生分子機構の全容に迫る―．大気海洋研究所プレスリリース（2023年10月18日）．
Yoshioka et al. Whole-genome transcriptome analyses of native symbionts reveal host coral genomic novelties for establishing coral-algae symbioses. Genome Biol Evol 13(1), evaa240 (2021).
Yoshioka et al. Larval transcriptomic responses of a stony coral, Acropora tenuis, during initial contact with the native symbiont, Symbiodinium microadriaticum. Sci Rep 12, 2854 (2022).
Yoshioka et al. Comparative genomics highlight the importance of lineage-specific gene families in evolutionary divergence of the coral genus, Montipora. BMC Ecol Evol 22, 71 (2022).
Yoshioka et al. Genes possibly related to symbiosis in early life stages of Acropora tenuis inoculated with Symbiodinium microadriaticum. Commun Biol 6, 1027 (2023).

「サンゴの同調産卵」

初夏の夜、数百・数千のサンゴが同調しながら産卵する、「サンゴの一斉産卵」は、その美しい光景からも、広く認知されている自然現象だが、その分子メカニズムの詳細は未解明である。サンゴの一部の種では、月の光が産卵を誘導することが明らかとなっているが、浅瀬のサンゴ礁に広く分布する代表的なサンゴ・ミドリイシは、満月の夜に限らず、満月の前後や新月の夜にも産卵する。特に沖縄では、月光が雲で覆い隠される機会の多い梅雨時期である5月から6月に、サンゴの一斉産卵が多く見られることから、月光以外の要因が産卵を引き起こしていることは明らかである。

我々は、ミドリイシ属の一種であるウスエダミドリイシ（Acropora tenuis）を対象に、最初の産卵から翌年の産卵まで、2年連続の産卵を含む約1年以上、同一個体から枝サンプルを継続して採取し、一斉産卵の仕組みを明らかにするための遺伝子発現解析を実施した。その結果、一斉産卵の約2週間前から産卵日にかけて、発現量が顕著に変動する「産卵関連遺伝子群」を特定することに成功した。今後、遺伝子発現と産卵タイミングの因果関係が明らかとなれば、長年の謎であるサンゴの一斉産卵の仕組み、ひいては海洋生物の同調産卵機構が解明されることが期待される。

関連文献

遺伝子発現の年変動から紐解くサンゴ一斉産卵機構―サンゴ同士の“コミュニケーション”が鍵？―．大気海洋研究所プレスリリース（2025年8月5日）．
Yoshioka et al. Time-series RNA-seq of Acropora tenuis reveals molecular waves leading to synchronous mass spawning of scleractinian corals. Mol Ecol 34, e70054 (2025).

「刺胞動物のミトコンドリアゲノム」

ミトコンドリアは、生物のエネルギー源であるATPの生産に必要不可欠な細胞内小器官である。また、ミトコンドリアゲノムにコードされる遺伝子は、種間でオーソログの同定が容易なことから、分子系統解析に広く使われている。動物のミトコンドリアゲノムは、基本的に環状で、13個のタンパク質をコードする遺伝子、2つのリボソームRNA、複数のtRNAをコードする。これら遺伝子の並びは大系統ごとに保存されている。しかし、刺胞動物のミトコンドリアゲノムは、進化速度が遅かったり、遺伝子の並びが頻繁に変わっていたり、14個目のタンパク質をコードする遺伝子が存在する、など他の動物とは異なることが報告されている。

ソフトコーラルなどを含む八放サンゴ亜綱（Octocorallia）では、特に遺伝子の並びが頻繁に変わっている。これまでは、八放サンゴ亜綱を構成する2大クレード（MalacalcyonaceaとScleralcyonacea）のうち、Scleralcyonaceaでのみ、遺伝子順序に多型が見られると思われていたが、Malacalcyonaceaについても詳細に調べてみると、同様に多数の多型が存在することが明らかとなった。現在までに、そのバリエーションは14パターン知られている。この多型には、14個目のタンパク質をコードする遺伝子（mt-mutS）が深く関与すると考えられている。この遺伝子は、ミスマッチ修復遺伝子の機能を持つと推測されており、ミトコンドリアゲノムで起こる二本鎖DNA切断の修復を通じて、ゲノム内の組換えを促進するため、と仮説を立てている。今後、仮説検証のために、当該遺伝子の機能実証が期待される。