基礎生物学研究所の最近の成果

「光合成するウミウシ、チドリミドリガイのゲノム情報を解読 〜光合成能は藻類遺伝子が宿主動物の核へ水平伝搬した結果であるという従来の説を覆す〜」　2021.5.27 発表

光合成は光エネルギーから有機化合物を合成する反応であり、陸上植物や藻類と一部の細菌が有する能力です。動物は光合成を行うことはできませんが、ごく少数ながら例外があります。巻き貝の仲間であるウミウシ類の一部の種は、餌として食べた藻類から、葉緑体を自分の細胞内に取り込み、数ヶ月に渡って葉緑体の光合成能力を維持し、そこから栄養を得ます。これを「盗葉緑体現象」と呼びます。動物であるにも関わらず光合成を行うウミウシの盗葉緑体現象には多くの研究者が驚きとともに関心をよせてきました。
藻類や植物では、葉緑体が光合成を行うために必要な遺伝子のほとんどは葉緑体のゲノムではなく核ゲノムに存在しています。そのため、人為的に藻類細胞から単離された葉緑体は単独で光合成を行うことはできません。にもかかわらず、ウミウシは餌から取り込んだ葉緑体の光合成活性を維持することができます。動物は光合成関連遺伝子を持たないため、なぜウミウシが単離された盗葉緑体で光合成が可能なのかは大きな謎であり、その仕組みについてこれまで多くの議論と研究がなされてきました。中でも有力な説は、藻類の核に存在する光合成に必要な遺伝子が、ウミウシの核に移動（水平伝播）しているとする「遺伝子の水平伝播」説です。しかしながら、非モデル生物であるウミウシでは、遺伝子の水平伝搬を厳密に議論できるほど精度の高い遺伝情報が整備されておらず、専門家の間で論争が続いていました。
今回、基礎生物学研究所の前田太郎研究員（現在、龍谷大学博士研究員　兼　慶應大学先端生命科学研究所所員）、重信秀治教授らを中心とした研究グループは、代表的な盗葉緑体ウミウシであるチドリミドリガイ(Plakobranchus ocellatus type black)の高精度なゲノム解読に成功しました。また、コノハミドリガイ（Elysia marginata)のゲノム解読にも成功しました。その結果、これまで有力とされていた説と異なり、光合成に関連する藻類の遺伝子はウミウシの核に移動していないことを明らかにしました。これは、遺伝子の水平伝播を伴わずとも、光合成のような複雑な生物機能が種を超えて伝播しうることを意味しており、生命の進化を考える上で大きな発見です。
それでは、光合成遺伝子の水平伝搬がない状況でどのように光合成を行なっているのか、という点が次の疑問として浮かび上がってきます。今回明らかにしたウミウシのゲノム情報はそのヒントも与えてくれます。ウミウシの光合成器官（葉緑体を貯めている細胞）の遺伝子発現解析を行なったところ、タンパク質代謝や酸化ストレス耐性、自然免疫関連の遺伝子が高いレベルで発現しており、これらの遺伝子群が長期間の光合成活性維持に関与していることが示唆されました。また、これらの遺伝子群は、光合成活性をより長期に維持できるウミウシの系統で多様化するように進化していることもわかりました。これらの遺伝子がどのような機構で盗葉緑体の光合成活性を支えているかは今後の研究課題です。今後さらに盗葉緑体現象を研究することによって、葉緑体や光合成を自由自在に操る技術の開発（例えば動物細胞に光合成能力を付加するなど）につながると期待されます。

本研究成果は学術雑誌「eLife」に2021年4月27日付けで発表されました。

【発表雑誌】
雑誌名 eLife
掲載日 2021年4月27日
論文タイトル： Chloroplast acquisition without the gene transfer in kleptoplastic sea slugs, Plakobranchus ocellatus
著者：Taro Maeda, Shunichi Takahashi, Takao Yoshida, Shigeru Shimamura, Yoshihiro Takaki, Yukiko Nagai, Atsushi Toyoda, Yutaka Suzuki, Asuka Arimoto, Hisaki Ishii, Nori Satoh, Tomoaki Nishiyama, Mitsuyasu Hasebe, Tadashi Maruyama, Jun Minagawa, Junichi Obokata, Shuji Shigenobu
DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.60176

ニコニコ生放送で生物学の面白さを伝える

基礎生物学研究所はniconicoと共同で、研究者の生解説を交えての生命現象のオンライン観察の企画を2017年から開始し、生物学の面白さを伝える活動を行って来ました。

2020年6月に「教育応援企画【みんなで観察しよう】メダカの産卵から孵化まで～基礎生物学研究所 ×niconico」と題して放送された回では、メダカ研究者の解説を交えてメダカ誕生の過程を200時間にわたって生放送しました。メイン解説は、基礎生物学研究所の成瀬清特任教授（NBRPメダカ中核機関代表）が担当し、様々なゲスト研究者のトークを聞くことができます。

2020年8月には、プラナリア研究の第一人者である基礎生物学研究所の阿形清和所長が「【切っても切ってもプラナリア】超再生の瞬間を200時間見守る夏の自由研究～ 基礎生物学研究所×niconico」と題して、プラナリアの再生過程を約200時間にわたって生放送しました。放送中は阿形所長企画の屋外でのプラナリア採集やエサを使った実験など、楽しいイベントが毎日行われました。

今年４月には、「【超変態企画】テントウムシの完全変態を200時間見守る春の自由研究 基礎生物学研究所×ニコニコ」と題し、ナミテントウの変態の過程を200時間にわたって生放送しました。研究者によるテントウムシを用いた研究やアブラムシに関する研究紹介や解説を交えながら、ナミテントウの交尾、産卵、孵化、脱皮、蛹化、羽化を生放送しました。基礎生物学研究所の安藤俊哉助教の見どころの解説で始まり、小学生や高校生達と共に屋外でのテントウムシ採集をしたり、毎日夕方には先生方の講義など様々なイベントが行われ、盛りだくさんの200時間でした。

詳しくは、それぞれのまとめサイトをご覧ください。

• 「教育応援企画【みんなで観察しよう】メダカの産卵から孵化まで～基礎生物学研究所 ×niconico」まとめサイト
• 「【切っても切ってもプラナリア】超再生の瞬間を200時間見守る夏の自由研究@ニコニコネット超会議2020夏」まとめサイト
• 「【超変態企画】テントウムシの完全変態を200時間見守る春の自由研究@ニコニコネット超会議2021」まとめサイト

大学連携バイオバックアッププロジェクト

突然の地震にも対応。備えあれば患いなし。

大学連携バイオバックアッブプロジェクト(lnteruniversity Bio-Backup Project for Basic Biology, IBBP)は、災害に強い生命科学研究の実現を目指して、生物遺伝資源のバックアップ体制を構築するためのプロジェクトです。基礎生物学研究所と7つの国立大学（北海道大学、東北大学、東京大学、名古屋大学、京都大学、 大阪大学、九州大学）との連携により運営されています。基礎生物学研究所にはプロジェクトの中核拠点としてIBBPセンターが設置され、個々の研究者がそれぞれの研究を遂行するために作成・樹立してきた生物遺伝資源のバックアップ保蓄を行っています。そして災害やアクシデントなどにより、オリジナルの生物遺伝資源が失われた際には、保管してきたバックアッブを用いて迅速にリソースが回復できる体制を構築しています。また、生物遺伝資源新規保存技術開発共同利用研究により、生物遺伝資源を安定に長期保存する技術の確立・改良に取り組んでいます。
詳しくは、IBBPセンターのホームページをご覧ください。

基礎生物学研究所の教育活動

２０２１年１１月６日（土）オンライン大学院説明会を開催

基礎生物学研究所は、教育の場でもあります。総合研究大学院大学の基盤機関の一つとして生命科学研究科・基礎生物学専攻の大学院教育（５年一貫制博士課程・博士後期編入）を担当しています。 研究所の恵まれた研究環境において、将来の生物学におけるリーダーを輩出すべく、少数精鋭の大学院教育を行っています。 また全国の国・公・私立大学の要請に応じて、それらの大学に所属する大学院生を「特別共同利用研究員」として受け入れ、大学院教育の協力を行っています。
２０２１年１１月６日（土）にオンライン大学院説明会を開催します。対象は、大学生・高専専攻科生・修士院生等の大学院入学を検討する皆さんです。大学院説明会の詳細はこちらページをご覧ください。

関連リンク

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