京大ら,光合成をやめた藻類の全ゲノム解読に成功

京都大学,筑波大学,国立科学博物館,国立遺伝学研究所は,地球全体の光合成の約20%に貢献すると言われる珪藻の中で,光合成を止めた種の全ゲノム解読に成功した(ニュースリリース)。

光合成は光エネルギーを利用して生きていくことができるため便利だろうと考えられているが,実際には進化の過程で光合成を止めた「元」植物や「元」藻類が数多く生息している。また,それらの多くは光合成をしない葉緑体を維持したままでいる。

特に珪藻Nitzschia putrida(ニッチア・プトリダ)は,光合成を行なわない種として1800年代からその存在が知られており,1900年には正式に記載されている。しかし,発見から100年以上経った現在でも,この種が光合成をしない代わりに環境中に溶存する栄養分を吸収して生育している以外,その詳細なメカニズムはわかっていなかった。

研究では全ゲノム解読に加え,機能している遺伝子を網羅的に検出するトランスクリプトーム解析や生化学実験などを用いた多角的な研究により,ニッチア・プトリダが光合成を止めた後も葉緑体での物質生産を維持しつつ,周りの養分を効率よく獲得するための能力を増大させていることを明らかにした。これは一般的な植物や藻類とも,そして動物とも異なる能力をもつことを意味する。

今回,ニッチア・プトリダがどのような細胞機能をもち,どのように生きているのかを解き明したが,光合成を止めた「元」藻類は,この種だけではない。珪藻のみならず,多種多様な藻類グループにおいて,光合成を止めるという進化をした種が数多く存在する。

一見有利なように見える光合成とは何か,そして光合成を止めることには生物にとって何か利点があるのか,それを理解するには様々な「元」藻類の生き様をゲノムから解き明かしていく必要があるとする。

藻類のもつ様々な色素の多くは抗酸化物質として有用だが,それらが細胞内でどのように作られているのかよく分かっていない。今回ゲノム解読されたニッチア・プトリダは色素合成も行なわない。

そのため、「ニッチア・プトリダで失われている」けれど「光合成性珪藻で保持されている」遺伝子の中には,色素を作る未知の遺伝子が含まれている可能性が極めて高く,今後の色素合成に関わる遺伝子の同定,そしてそれらを活用した有用物質生産法の開発への情報基盤となることが期待されるという。

研究グループは,ニッチア・プトリダの全ゲノム解読は地球上で起きてきた生物進化の一面を解き明かすとともに,生物にとって光合成とは何かをひも解く鍵となることが期待されるとしている。

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