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藻類 Jpn. J. Phycol. (Sôrui) 64: 144-146, November 10, 2016

接合藻類アオミドロの温故知新
池谷仁里
地球表面の約 70 ％を占める水圏を覗いてみれば，多種多様な藻類がカレードスコープのように精妙で華やかな世界をつくっている。藻類はその形態もさることながら，様々な生活環をもつ。湖沼・河川などの淡水域で，滑らかな肌触りの糸状緑藻を探してみると，アオミドロ（Spirogyra）を見つけることができる。アオミドロはジグネマ科スピロギラ属に分類され，円筒形の細胞内にリボン状の葉緑体をもった無分枝の糸状体をしている。また，これまでに 386 種のアオミドロが報告されており（Kadlubowska 1984），その多くの種は浮遊性で，水田，湖沼などで藻塊を形成しているが，仮根を形成して流水中で石などの基質に付着して生息している種もいる。国内においては，山岸高旺博士（日本大学名誉教授）によって，スピロギラ属の分類がおこなわれてきた（山岸 1977，2007）。一方では，アオミドロは単純な細胞体制をしているため，古くから形態形成や光合成などの生理学的な研究材料として広く用いられており，著者もアオミドロがつくる仮根の形態制御機構について研究をおこなっていた（Ikegaya et al. 2008）。
近年では，次世代シーケンサーの普及による大規模で多種多様なシーケンス情報に基づく分子系統解析や，フィールド調査に基づくファイコレメディエーション（藻類による環境修復）の研究でアオミドロが再び注目されつつある。そこで，ことから，ファイコレメディエーションへの活用もすすめられている（Lee & Chang 2011，Tang et al. 2014, Jaiswar etal. 2015）。重金属の集積能力に関する研究によると，重金属は細胞壁表層に分布しており，非セルロース多糖類やタンパク質に結合していることが示唆されている（Lee & Chang2011）。

アオミドロをバイオマス資源として用いた研究を調べた

ところ，アオミドロを鶏のビタミン B12 欠乏飼料に混ぜ，発育促進効果を確認した農業試験報告があった（高橋ら1957）。アオミドロをはじめ藻類は，ビタミン B12 を多く保有していることが知られている。Croft et al. (2005) は，ビタミン B12 は藻類にとってタンパク質の合成や成長に必要であるため，合成能をもつものは自力で，欠いているものは細菌との密接な関係を築き上げ，ビタミンを得ているのではないかと述べている。著者は緑藻の培養で広く用いられている Closterium medium で 10 株のアオミドロを培養しているが，種によるビタミン B12 合成能はわからないため，培地には必ずビタミン B12 を入れている。
アオミドロの分子系統解析

従来，陸上植物と同じストレプト植物に属する車軸藻綱の中で，コレオケーテ属やシャジクモ目が陸上植物に最も研究と併せて接合藻類アオミドロを紹介したい。

近縁であると考えられてきた（Karol et al. 2001, Becker &Marin 2009）。Karol et al.（2001）は 4 遺伝子と 3 個のゲ

アオミドロによるファイコレメディエーション

世代シーケンサーを活用して，160 個の核ゲノムに基づく分

本稿ではこれらの研究報告を中心に，著者が取り組んでいる

アオミドロは水田や湖沼など日当たりの良い淡水域に生息している。日本の淡水域では，数種から 20 種程度のアオミドロをみることができる。アオミドロの発生期の平均気温は 20 ℃前後であり，弱酸性から弱アルカリ性の範囲で種によって好適な㏗ 値が異なっている（Simons & Been 1990,

Hainz et al. 2009）。フィールド研究から，アオミドロは pH5 以下の環境下では発生せず，塩害田ではその発生が抑制されることがわかった（山岸・橋爪 1974, Simons & Been1990）。また，アオミドロは接合とよばれる有性生殖をおこノムデータを用いて系統推定をおこなったが，近年では，次子系統解析（Timme et al. 2012）や 424 遺伝子における個別の遺伝子系統樹からもっとも確率の高いトポロジーをもつ種系統樹を選択するコアレッセンス解析（Wichett et al.
2014），259 個のトランスクリプトームデータと 10 個のゲノムデータに基づく分子系統解析（Delauxa et al. 2015）がおこなわれている。その結果，ジグネマ科の接合藻類が陸上植物の姉妹群であることが高い確率で支持された。さらに，

Timme et al.（2012）は，シャジクモ目やコレオケーテ目から分岐した後，接合藻類は，卵生殖や鞭毛装置などを二次的なうが，種によって最盛期が異なっており，オランダにおけに欠失し，アオミドロのような分枝しない多細胞体制をもつて，S. subcrassa は 7 月から 9 月にかけて接合し，弱アルカリ性の環境下よりも硬水中で多くの接合胞子が観察されていアオミドロの有性生殖（接合）の諸性質る野外調査から，Spirogyra gracilis は 4 月から 5 月にかける（Simons & Been 1990）。アオミドロは貧栄養な淡水域だけでなく，有機物を多く含む富栄養な環境下に適応し，リン，窒素源だけでなく，環境汚染の原因となる重金属も集積する仲間が出現してきたのではないかと述べている。

アオミドロの細胞は見かけ上ほとんど同じであるが，雌雄に分かれて接合をおこなう。ジグネマ科の接合胞子は種による特異性がみられるため，アオミドロの種同定は主に接合様

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図 2．雌雄性決定に伴う接合子形成。a: ペアの藻体内で形成された接合子，矢先 : 雄性配偶子 , 矢尻 : 雌性配偶子。b: 1 本の藻体内に形成された接合子，アスタリスク : 接合子 . bar = 50 μm。クローン培養したアオミドロをそのまま接合誘導条件に移したところ，二本の藻体間で複数のペアが形成されたが，原形質の移動方向は異なっている場合や ( 図 2a)，藻体の細胞群体内にも接合胞子が形成されたことから ( 図 2b)，アオミドロの雌雄の性は遺伝的に決定されておらず，接合する細胞間，及び隣接する細胞群体の相互作用によって誘導される性分化であることが示唆された。Ikegaya et al. (2012) より，一部転載した。

報告されている。このことから，寒天培地上で培養するこ図 1． ア オ ミ ド ロ（Spirogyra castanacea） の 接 合。 a: 接 合 管 連結，b: 雄性配偶子の移動，c: 接合子形成。bar = 50 μm。Spirogyra
castanacea の場合，接合を誘導すると，接合管は通常ペア形成した細胞間で位置を合わせて伸長し，連結する（図 1a）。接合管連結後，雌性配偶子嚢の膨張がみられ，接合管連結部の細胞壁が分解されると同時に雄のプロトプラストの移動が始まる（図 1b）。そして，雄のプロトプラストはおよそ 5 時間で雌性配偶子嚢に移動し，接合胞子が形成される（図 1c）。と自体がトリガーになっていると考えられる。この系は 10年以上継代培養法によって維持されてきた S. castanaceaに お い て も， 高 頻 度 に 接 合 を 誘 導 す る こ と が で き，S.
fuluviatilse や Spirogyra hopeiensis など付着性の種の接合誘導に効果的であることがわかった。しかし，浮遊性である S. ellipsospora などの誘導には適しておらず，凡庸的な接合誘導法の開発は緊急の課題になっている。ここからは，S. castanacea の接合に焦点をしぼり，その生理学的な現象や性フェロモンの探索に関する研究について述べる

式や成熟した接合胞子の微細構造をもとにおこなわれてきたことにする。

保存株や野外から採集した株は必ずしも接合が誘導される

後，先に接合管を形成した細胞が雌性配偶子嚢になる。２）（Kadlubowska 1984）。しかし，カルチャーコレクションのとは限らず (Nozaki 2008)，Hoshaw et al. (1985) の報告以来，再現性が高く，培養条件をコントロールして自由に接合させる接合誘導法は見出されていなかった。著者はアオミドロの接合胞子が水田の中干しの時期に多いことに気づき，新免輝男博士（兵庫県立大学大学院，名誉教授）や富永義人博士（平安女学院短大，名誉教授）らの協力を得ながら，アオミドロを寒天上で処理する接合誘導法を開発した (Ikegayaet al. 2012)。この方法では，Artificial Pond Water（APW）を用いて作成した寒天培地上でアオミドロを培養することにより，接合を誘導する。従来，アオミドロの接合誘導においては，窒素の欠乏がトリガーになると考えられてきた。しかし，Ikegaya et al.（2012）の接合誘導法では，寒天培地に含まれる APW に 1 mM の KNO3 を添加したり，寒天培地作成に APW ではなく窒素を多く含む Closterium mediumを使用したりしても，アオミドロの接合が誘導されることがS. castanacea の場合，１）ペア形成した細胞が細胞分裂

雌性配偶子嚢から伸長した接合管の先端が雄性配偶子嚢に到達すると，接着部分から接合管が誘起され，接合管が連結する。そして，３）雄性配偶子はおよそ 5 時間をかけて雌性配偶子と合体し，接合胞子が形成される（図 1）。 これまでの研究から，S. castanacea の接合は有性分裂 (Tsuchikane etal. 2003) に相当する細胞分裂をおこない，雌雄同株の群体間における雌雄性分化をともなった有性生殖であることが分かってきた ( 図 2，Ikegaya et al. 2012)。
アオミドロは接合胞子の形成にともなって，大量の淡黄色の油滴を合成・蓄積する（Fowke & Pickett-Heaps 1971,
Laurin-Lemay et al. 2012）アオミドロの配偶子は葉緑体内に同化デンプンを貯蔵することにより，栄養細胞に比べて膨圧が低いことが報告されている（Lloyd 1926）。同化デンプンによって葉緑体やピレノイドが肥大化する時期に，配偶子内で大量の油滴が観察されることから，油滴は配偶子の膨圧146調節の副産物かもしれないが，詳細は不明である。また，藻類は光合成により固定した炭酸ガスを液状炭化水素や油脂に，アオミ変換することが知られており（Huang et al. 2013）
ドロの接合過程で蓄積される油滴も同様の分子機構がはたらいていることが示唆された。そこで，S. castanacea の接合管形成時に蓄積された油滴について GC/MS 解析をおこなった

リノー
ところ，主な脂肪酸はパルミチン酸（C16:0）が 26.5％，ル酸（C18:2）11％，リノレン酸（C18:3）21.3％であった。

アオミドロにおける接合の全過程の引き金は，どのような反応であり，どのようなメカニズムがはたらいているのであろうか。これまでに藻類の有性生殖に関わる複数の性フェロモンが報告されており (Frenkel et al. 2014)，アオミドロの接合においても，古くから性フェロモン様物質の存在が示唆されていた（Grote 1977）。S. castanacea は窒素源の有無に関わらず，寒天上でのみ接合が誘導される。そこで，著者は接合誘導に使用した寒天を再利用して接合誘導に対する影響を調べた結果，接合誘導に使用した寒天を用いると，通常の寒天に比べて接合が促進されることが分かった。さらに，接合誘導後，回収した寒天抽出物によってアオミドロを処理すると，今まで寒天培地上でしか誘導できなかったアオミドロの接合を初めて人工培地中で接合誘導することに成功した。
以上の結果から，著者はアオミドロの接合が誘導された寒天上には接合誘導物質が存在していると判断し，現在，接合誘導に関わる物質の特定を進めている。
今後の展開

膨大で多種多様なシーケンス情報をもたらす次世代シーケ

ンサーだけでなく，バイオインフォマティックスも更に進められ，ゲノム情報が少ないアオミドロにおいても，モデル生物のようにトランスクリプトーム，プロテオーム解析などが当然のようにおこなわれるようになることが期待される。また，多様な藻類の全ゲノム配列を容易に取得できるようになれば，従来の化石情報や形態データに基づく系統解析の確固たる裏づけになることは明確で，藻類における系統発生学的な研究は飛躍的に進むだろう。しかし，広く水田や湖沼で生息している接合藻類アオミドロを理解するためには，オミックス研究ばかりではなく，フィールド調査から得られる情報や室内における生理学的，生化学的研究から得られる知見がより一層求められるようになるのではないだろうか。今後のアオミドロに関する研究はオミックス研究とバランスのとれた複合的な研究スタイルの構築をすすめなければならないと考えている。
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（兵庫県立大学）