98 Jpn. J. Phycol. (Sôrui) 63: 98-102, July 10, 2015
藻類

ミカヅキモ属における接合様式の多様性
土金勇樹
有性生殖は，生物が多様性を獲得する原動力であると考えられている。その様式は種によって異なるものの，相補的な単一接合胞子型のヒメミカヅキモ

単一接合胞子型（図 1）はミカヅキモ属の中でもヒメミ性を示す 2 個の配偶子細胞間の情報交換，相互確認とそれにカ ヅ キ モ（Closterium peracerosum-strigosum-littoraleした現象である。また，多様な生殖様式が知られており，ク種で知られる。中でもヒメミカヅキモと呼ばれる集団につい基づく両細胞の融合（受精）という点で，生物界に広く共通ローン細胞間，あるいは同個体内で有性生殖が行なわれる場complex） の 他，C. tumidum，C. incurvum な ど， 様 々 なては，有性生殖の生物学的，分子生物学的な解析が行なわれ殖に別の系統が必要な場合をヘテロタリズムと呼んでいる。ている（Sekimoto et al. 2012）。ヒメミカヅキモにおけるヘテロタリック株の接合では，まず＋型，−型の細胞から多糖なぜ生物には多様な生殖様式が存在するのか。それぞれの生性の粘液の分泌が促進される。ミカヅキモ属では生活環を通殖様式はどのような点で有利で，どのような点で不利なのか。

して鞭毛のような運動器官を持たないため，この粘液が細合をホモタリズムと呼ぶ。そして，自家不稔であり，有性生以上のような生殖様式の問題を解決するために，酵母，粘菌，糸状菌類など，多くの生物で研究が行われている。ここでは，生殖様式の多様性を，ミカヅキモ属に注目して紹介する。
ミカヅキモ属について

ミカヅキモ属は世界中の湖沼や水田などの淡水性止水域に生育する単細胞性の藻類である。シャジクモ藻綱のホシミド胞の移動に関わるものと考えられている（Domozych et al.
1993）。次に両接合型細胞が同調して細胞分裂を行なう（図1a）。有性生殖時に起こるこの分裂は，有性分裂と呼ばれている。DNA 複製中の細胞が接合すると，ゲノムが損傷してしまう。これを回避するため，有性分裂により細胞周期が調整されているものと考えられている（Tsuchikane et al.
2003）。また，有性分裂後の細胞は，配偶子嚢細胞と呼ばれロ目に属しており，陸上植物に最も近縁な単細胞生物であている。次に＋型と−型の配偶子嚢細胞が対となり接合突起された性を示すものが存在する。この相補的な性は雌雄にあが凝縮し，最終的に放出される。ミカヅキモ属では，この細たるものの，形態的な違いが観察されないために＋型，−型胞質は配偶子とも呼ばれ，それらが融合して接合子を形成す。ミカヅキモ属には遺伝的に決定る（McCourt et al. 2004）と呼ばれている。通常はそれぞれが細胞分裂による無性生殖を形成する（図 1b）。この接合突起に向けて両細胞の細胞質る（図 1c）。この接合子は乾燥などのストレスに耐性があり，を行い増殖するが，窒素源の欠如などのストレス条件下で＋環境が回復すると接合子から発芽嚢が放出される。この状態型細胞と−型細胞の間で接合と呼ばれる有性生殖が行なわれで減数分裂が起こり次世代の＋型と−型の細胞がそれぞれ一る。このように，相補的性を持つ系統がヘテロタリズムである。また，自家和合でクローン細胞同士での接合が可能なホモタリズムも存在する。ミカヅキモ属の生活環は，2 つの細胞が分裂した後，分裂後の細胞が対をなし，単一の接合子を形成する単一接合胞子型（single zygospore type；図 1）と，細胞が対をなしてから分裂を行い，2 つの接合子を形成する
双子接合胞子型（twin zygospore type；図 2）に区別できる（Ichimura 1973，市村 1977）。これらの接合胞子型は，細胞分裂を行ってから対をなすのか，細胞が対をなしてから分裂するのかで区別され，生物学的，適応的な意義は不明である。
本稿では，まず，単一接合胞子型あるいは，双子接合胞子型。ヒメミカヅ
個体ずつ形成される（Kasai & Ichimura 1983）

キモの系統株には，1 細胞から増殖させたクローン細胞同士での接合が可能なものも知られており，この接合様式をホモタリズムと呼んでいる。この接合には不明な点が多くあったが，フィールドから採集されたホモタリック株 [kodama20(NIES-Collection には NIES-2666 として保存されている )]を用いて，接合過程の詳細な解析が行われた（Tsuchikane etal. 2010a）。ミカヅキモ属の有性生殖は，誘起してから完了するまで 2 ～ 3 日かかり，連続観察は困難である。しかし，10 分おきに写真を撮り，最終的にそれをつなげて動画にするタイムラプス撮影を行なうことで，全体を観察することがの生活環を持つ代表的な種に注目し，接合過程とその種内で可能である。この連続観察により，ヒメミカヅキモにおける観察される接合様式（ヘテロタリズムとホモタリズム）の紹ホモタリズムの実体が自殖であることが明らかになった。ク介を行う。次に，単一接合胞子型と双子接合胞子型の生活環ローン細胞同士で接合するホモタリズムであるが，実は，単が，属内でどのように分布しているのかを明らかにし，それぞれの接合胞子型を持つ種が分化した後に，ヘテロタリズム，あるいはホモタリズムが，それぞれの種内で独立に多様化してきたことについてまとめたい。

一細胞の分裂（図 1d）で生じた姉妹配偶子嚢細胞同士が，進（Tsuchikane et al. 2010a）。こんで接合していた（図 1e, f）の接合を姉妹接合（sister conjugation）と呼んでいる。また姉妹接合する際に別の配偶子嚢細胞が割り込み，そちらと接99

図 1. 単一接合胞子型の接合過程。ヘテロタリック株：a，有性分裂，b，ペア形成と接合突起の形成，c，接合子形成。ホモタリック株：d，有性分裂，e，姉妹細胞同士のペア形成と接合突起の形成，f，姉妹接合子形成。

合する場合が 10% 程度あり，これを非姉妹接合（non-sister注目した解析が，多くの生物で進められているものの，大部ン細胞同士で有性生殖が可能なホモタリック系統が存在するal. 2010，Klix et al. 2010）。藻類においては，緑藻クラミドconjugation）として区別している。分裂酵母には，クローが，姉妹細胞同士の自殖を避ける機構が存在する（Bendezú

分は不明のままである（Ruepp et al. 2004，Bloomfield et

モナスのヘテロタリック株で性決定遺伝子が単離されている& Martin 2013）。ヒメミカヅキモのホモタリック株は進んで（Ferris & Goodenough 1997）。また，クラミドモナスに近縁あるといえる。

ク株の性を決定する遺伝子のホモログがホモタリック株に存姉妹接合を行なうため，自殖する方向へ進化してきた系統でな群体性ボルボックス目のゴニウムにおいて，ヘテロタリッ株の関係については，核リボソーム DNA のイントロン領域，性在することが明らかとなっており（Hamaji et al. 2013）
決定遺伝子と生殖様式の関係の解明が期待される。

タリズムが現れたのか，ヘテロタリズムからホモタリズム

双子接合胞子型のジュズミカヅキモ

ヒメミカヅキモにおけるホモタリック株とヘテロタリックを用いた系統解析が行われている。ホモタリズムからヘテロが現れたのか不明であるものの，ヘテロタリック株の系統双子接合胞子型（図 2）の接合を行なう種には，比較的細と，ホモタリック株（kodama20）が極めて近縁である事が胞の大きい，ジュズミカヅキモ（C. moniliferum）やオオミものと考えられている。実際に，近縁なホモタリック株とヘ形態は，いわゆる三日月型をしている。ヘテロタリック株の。この明らかとなっている（Tsuchikane et al. 2010a, 2012）
ことから，両者を構成する遺伝子群に大きな差は存在しない
テロタリック株の間では，ハイブリッド接合子が形成されるカヅキモ（C. ehrenbergii）が知られている。これらの種はフィールドにおいても比較的頻繁に見かける種であり，その接合子形成過程は，＋型と−型の細胞が対をなし（図 2a），有（Tsuchikane et al. 2012）。これは，両者の接合機構が共通していることを示す。では，ホモタリズムとヘテロタリズムの性分裂を行ない（図 2b），接合突起を形成した後（図 2c），具体的な違いはどこにあるのだろうか。一体どのような遺伝ク株の存在も知られている。娘細胞同士でも接合子をつくる子変異により接合様式が変化するのか，興味深い問題である。
生殖様式の制御遺伝子について，性決定遺伝子と生殖様式に接合子を形成する（図 2d）。ジュズミカヅキモには，ホモタリッことが報告されているものの（Lippert 1967），ヒメミカヅキ
モのホモタリズムのように自殖を進んで行うかどうかを明ら

100かにするには，詳細な連続観察が必要である。
ジュズミカヅキモにはこれら接合様式の他に，通常の接合を行わずに，単為胞子を形成する単為生殖株が存在する。この系統の栄養細胞を，窒素源を含まない接合誘導培地で培養すると，細胞分裂を行い胞子嚢細胞を形成する（図 2e）。その後，接合突起が形成され（図 2f），細胞質が凝縮し，カロースを含む細胞壁に覆われた単為胞子を形成する（図 2g；Tsuchikane et al. 2014）。この単為胞子は，接合子と同様に乾燥などのストレスに耐性があり，環境が回復すると単為胞子から一細胞が発芽する（Hendrayanti et al. 2004）。
単 為 生 殖 株 は， 系 統 的 に は ヘ テ ロ タ リ ッ ク 株， あ る いはホモタリック株から進化した可能性が示唆されている。同じ双子接合胞子型の接合を行（Hendrayanti et al. 2004）

官が存在するのだろうか。単為胞子の接合突起には，カロースの局在が観察され，細胞質の流出を抑える栓として機能し。ているのではと考えられている（Tsuchikane et al. 2014）
ヘテロタリック株，あるいはホモタリック株から突然変異として単為生殖株が生まれたため，相手を必要としない今でも接合突起を保持しているのだろう。つまり，単為生殖株の接合突起は，接合を行っていた時代の「名残り」であると考えられる。
また，ジュズミカヅキモにおける，単為胞子の形成は，細胞密度に影響を受ける。500 細胞／ mL や 5 千細胞／ mL の細胞密度で効率よく単為胞子が形成される。しかし，50 細胞／ mL や 5 万細胞／ mL の細胞密度では，多くの個体で栄養細胞の状態が維持され，単為胞子形成率が著しく低下する

なうオオミカヅキモ（Closterium ehrenbergii）においても， （Tsuchikane et al. 2014）。つまり，細胞数が多すぎても少なすぎても単為胞子は形成されず，単為胞子形成に最適な細やはり単為生殖株が知られており，単為生殖株がヘテロタリック株から進化したことが，核リボソーム RNA の二次構造か胞密度が存在する。培地中に放出されるなんらかの因子によ。
ら示唆されている（傳法ら 2002）

り，単為胞子形成過程の促進や抑制が行われていることが考単為生殖株が，ヘテロタリズムあるいはホモタリズムからえられている。ヒメミカヅキモのホモタリック株においても，進化したことは，単為胞子の形成中に，接合突起が観察され細胞密度が接合子形成に重要なことが知られており，その調ることからも示唆される。接合突起はヘテロタリック株やホ整因子はタンパク質性の性フェロモンであることが明らかに起から配偶子が放出され，相手側の配偶子と融合する。単為。相手を必要とするこなっている（Tsuchikane et al. 2010b）となく単為胞子を形成することが可能にもかかわらず。細胞胞子の形成には必要ないにもかかわらず，なぜこのような器密度が影響する理由は，やはり，過去の接合様式の名残なのモタリック株で観察される。これらの接合様式では，接合突だと考察している。
単為生殖株は別個体と接合すること無く単為胞子を形成するため，実質的に無性生殖であり，遺伝的多様性は極めて低いことが考えられる。このため，大きな環境変動があった場合，集団の絶滅が起こりやすい。あるいは，有性生殖系統と接合を行い，遺伝的多様性を保持しているのだろうか。ジュ
ズミカヅキモにおいて，単為生殖株と，ホモタリック株，あるいはヘテロタリック株が接合するかは不明である。Lippert(1967) により，ジュズミカヅキモのホモタリック株とヘテロタリック株の接合が試みられているものの，接合子の形成は観察されていない。この実験では，細胞サイズの違いを指標にホモタリック株とヘテロタリック株を区別しており，両者が近縁ではない可能性もある。これを踏まえ，単為生殖株と極めて近縁なホモタリック株，あるいはヘテロタリック株をフィールドから採集し，接合実験を試みる必要がある。
ミカヅキモ属における接合様式の多様性

ミカヅキモ属における，単一接合胞子型と双子接合胞子型の生活環については一部の種でのみ報告されており，詳細は知られていない。今回，2 つの生活環の系統分布を明らかにするために，Ichimura (1973) の報告を中心に，文献から接図 2. 双子接合胞子型の接合過程。ヘテロタリック株：a，ペア形成，b，有性分裂，c，接合突起の形成，d，接合子の形成。単為生殖株：e，有性分裂，f，接合突起の形成，g，単為胞子形成。

合胞子型を判定し，Denboh et al. (2001) の系統樹を参考にした簡易系統樹に記載した（図 3）。単一接合胞子型は図 3 以
外にも多くの種類に観察される。双子接合胞子型は，前述したオオミカヅキモとジュズミカヅキモを含み，系統樹の末端に現れていた（図 3）。
「双子接合胞子型のミカヅキモの種類

101はそれ程多くない」という市村（1982）の知見からも，比較的最近進化した形質であるのかもしれない。また，それぞれの種は単一接合胞子型，あるいは双子接合胞子型のどちらか一方の生活環を持つと考えられる。しかし，C. acerosum においては，日本産の系統（H-2-2 =NIES-127）は単一接合胞子型であると記載があり（Ichimura 1973），ネパール産の系統（N-25-22 =NIES-125）は双子接合胞子型であると，両接合胞子型の記載がある（Ichimura 1973）。この報告に関しては，これらの系統が，ホモタリズムであることに注目したい。

C. acerosum のホモタリズムに関する連続観察の報告はないが，部分的に自殖を行なうとしたら，姉妹接合は単一接合胞子型と観察されるかもしれない。以上のように，生活環の分布と進化については，C. acerosum の接合胞子型の実態も含め，詳細な接合過程の観察と更なる系統解析によって，明らかになっていくだろう。
これまでに，単一接合胞子型と双子接合胞子型の生活環を持つミカヅキモ属の紹介を行った。この多様性に加えて，それぞれの種に，ホモタリズムとヘテロタリズムが観察される。
また，双子接合胞子型のジュズミカヅキモには単為胞子を形成する系統が存在する。興味深い点として，接合子を作るものの自殖であったり，単為生殖であったり，遺伝的多様性が低いだろう系統が存在することが挙げられる。この様な系統が存在する理由とは一体どのようなものなのだろうか。
生殖様式の適応的意義

陸上植物では，自殖由来の種子は他殖由来の種子に比べ，成長率が低いなど生物的に弱いことが知られている。これは，有害な劣性遺伝子が，近親交配によって表現形質として現れるためであり，これを近交弱勢という。このように，植物で図 3. 接合胞子型の簡易系統分布。Denboh et al. (2001) の系統樹を参考に作成した簡易系統樹に，単一接合胞子型と双子接合胞子型の形質を記載した。
a Ichimura (1973) の報告による。b Rüžička (1977) の報告に，接合子の記載があるものの，接合胞子型の判定ができなかった。c 接合胞子型に関する記載が発見できなかった。d Rüžička (1977) の報告からから接合胞子型を判定した。e Denboh et al. (2001) の解析に用いられた C. acerosum の系統は，NIES-125 =N-25-22 であり，双子接合胞子型である（Ichimura 1973）。

は，他殖により近交弱勢による適応度の低下が防がれている。
一方で，自殖は一個体でも子孫を残せるなど，集団中に広まか，その逆なのかは前述の通り，依然として不明である。もりやすい短期的な利点がある。そのため，他殖から自殖へ進しもホモタリック株の中からヘテロタリック株が突然変異と化した種は，シロイヌナズナ属を初めてとして陸上植物で複して出現したのなら，ホモタリズムがホシミドロ目における数存在する（Tsuchimatsu et al. 2010）。ミカヅキモ属では生活環のほとんどを単相世代（n 世代）が占めている。そのため，性の原型である。あるいは，ヘテロタリック株からホモタリック株が進化したのであれば，遺伝子の多様性という点で不利遺伝子型が表現型に直結しており，栄養増殖中に有害な遺伝である自殖を行なうこの姉妹接合が，別々の系統で独立に進子が淘汰されやすい。つまり，自殖自体には近交弱勢による化したことになる。

適応度の低下がなく，姉妹接合による自殖を維持しやすいのかもしれない。

ジュズミカヅキモの単為生殖株においては，変動の激しい環境への適応進化の可能性も議論されている（Hendrayanti

ミカヅキモ属と同じくホシミドロ目のタテブエ（Peniummargaritaceum）にもヘテロタリック株と，姉妹接合により自殖するホモタリック株が存在する（Tsuchikane et al.
2011）。他殖と自殖の多様性は，ミカヅキモ属に特異的な現et al. 2004）。筆者はフィールドにおいてミカヅキモ属を採集しているが，水田から採集されるヒメミカヅキモのほとんど象ではなく，ホシミドロ目において一般的である。ホシミド株よりも，ホモタリック株の様に自ら耐乾燥性の接合子を形ロ目のそれぞれの系統，そして，ミカヅキモ属のそれぞれの成する自殖のような様式や，相手を必要とすることなく単為系統にヘテロタリズムとホモタリズムが存在することが明ら胞子を形成する様式の方が有利なのだろう。短期的な期間でかになっているが，これは，それぞれの系統で，独立にホモの利益を得たこれらの接合様式をもつ種は，遺伝的多様性とタリズム化，あるいはヘテロタリズム化が起きた事を示唆すいう長期的な期間での利点を捨てたことにより，進化の袋小る。しかし，ホモタリズムからヘテロタリズムが進化したの路に入り込んでしまった生物なのかもしれない。

がホモタリック株である。水田のように毎年水が枯れる変動の激しい環境では，有性生殖に相手が必要なヘテロタリック

102

ヒメミカヅキモはシャジクモ藻綱で唯一安定した遺伝子導，ゲノム解読入系が確立された生物であり（Abe et al. 2011）プロジェクトも進行中である。今後，ヒメミカヅキモを用いることで，ホモタリズムとヘテロタリズムにおけるゲノムレベルでの特徴解析も可能となる。これにより，ホモタリズムにおいて，実際に遺伝的多様性の低下が起きているのかどうかが証明されるだろう。またそれに伴い，接合様式の分子生物学的な制御機構が明らかになれば，接合様式がどのように進化してきたのか，その詳細の解明も期待される。

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（日本女子大学・理学部・物質生物科学科）