藻類 Jpn.
J.
Phycol.(Sorui)60:142‑
144，Nov巴mber10，2012

中山卓郎:p9:u(inellachro1r}atophor
̲:aに見る
一次共生のスナップショット

真核生物はその初期進化において，シアノバクテリアを細Nowacketal.(2011) は，複数の次世代シーケンス技術胞の中に取り込みオルガネラ化させることで葉緑体を獲得した。この一次共生によって成立した光合成真核生物は，生.chromatophoraの大規模トランスクリプト ームを用いて P解析を行い，核コ ー ド有色体遺伝子 (EGT遺伝子)の網羅物多様性や生態系および地球環境に大きな変化を与えたと考的な把握を試みた。この研究において Nowacketal.(2011)

えられている(井上 2006)。しかしながら，現在知られては，P.chromatophoraの 標 準 化 cDNAラ イ ブ ラ リ を 解 析し，約 32，000のコンティグ配列(総塩基数 12Mb)を得た。

いる葉緑体においてシアノバクテリアであった頃の面影はほとんど失われており，葉緑体形成過程を類推する手掛かこれらの配列の中から，相同性検索と分子系統解析を用いたりは限られている 。 以前の藻類学最前線(中山 2009) にお慎重な選定の結果，32の核コード有色体遺伝子が予測されaulinella
いて著者は ， この問題を打開しうる生物として P
chromatophorαを紹介した 。P.chromatophoraは，ケルコた。 これらの遺伝子において特筆すべきことは，コードされるタンパク質の機能の偏りである 。 32の有色体由来遺伝子

ゾア門に分類される有殻アメ ーパであり，細胞内に青緑色のにコ ード されるタンパク質のうち， 22のタンパク質の機能

シアノバクテリア由来の光合成器官を持つ(この器官に固有21配列)が光合成に直が予測されたが，そのほぼすべて (の名称は与えられていないが，本稿では葉緑体と区別して便接的 ・間接的に関連するタンパク質であった。これらの中に宜的に 有色体"と称する。 シアネレ " とも呼ばれる)。こは，既に別の培養株を用いた研究で報告されていた P
saEにの有色体は他の生物に見られる葉緑体とは異なる起源を持加え，別の光化学系 Iサプユニットである PsaKおよび光化

ち，最初に光合成真核生物を生み出した一次共生と比べると，学系 11関連タンパク質 PsbNが含まれており，さらにカルビごく最近獲得された構造であることが示されている (Marin

ン回路や電子伝達系効率に関わるタンパク質も見られた 。なetal.2005)0P.chromatophoraの有色体は ，葉緑体とは対お，予測された EGT遺伝子配列の平均 GC含有率 (52.
5%)

照的にシアノバクテリアの特徴を未だに色濃く残しているこは有色体ゲノムコード遺伝子の平均 GC含有率 (40.
4%)よとから，細胞内共生を通じたオルカゃネラ進化の中間段階にありも宿主核コード遺伝子の平均値 (49.6%) に近いことや，る非常に稀有な例と考えられており， 一次共生の進化過程をいくつかの EGT遺伝子に関してはイントロンの挿入が確認知る上で重要なモデルになりうるとして注目されている(中されていることから，これらの有色体由来遺伝子は宿主核ゲ山 2009)。前稿以降も ，P.chr
omatophoraに見られる細胞内共生関係の研究は着々と続けられ，その実態が徐々に明らノムに 順化"し ていることが窺える。

Nowacketal.(2011) の研究によって発見された EGT

かになりつつある 。本稿では近年発表された 2つの大きな研遺伝子は 1‑2コピーのものがほとんどであったが，その中で究結果を軸に ，最新の P
aulinella研究の状況を紹介する 。

HLIP (High̲Light‑InducibleErotein) をコードする遺伝子
は 12コピ ーが発見された 。 これは発見された全 EGT配列の実に 37%を占める。 HLIPはシアノバクテリアに見られP
aulinellachromatophoraにおける EGT遺伝子群
葉緑体の初期進化において ， もともと共生者が持っている 60アミノ酸残基程度の小さなタンパク質で，強光をはじた遺伝子は宿主核ゲノムに転移し O;:;
ndosymbioticQeneddadetal.
めとする種々のストレスに応答 して発現する (He2012)0HLIPの詳細な機能は未だに明らかにされていない

Iransfer:EGT)，それらの遺伝子がコ ード するタンパク質は宿主側から供給されるようになったとされる。 EGTはミが，強光環境下などで発生する過剰な光エネルギ ーの消去にトコンドリアや二次共生葉緑体の進化の上でも起こってお関連すると考えられている 。面白いことに発見された EGTり，共生者から宿主核への遺伝子転移は細胞内共生を通じタンパク質のうち ， さらに 2つのタンパク質 (Glutathione

たオルガネラ進化の重要な要素であると言える。前稿におarotenoiddes
aturase) も過剰光エネルギ一S‑transferase，Cいて，有色体由来の光化学系 Iサブユニット遺伝子 psaEがorrell&対応に関連すると予想される 。 これに関連して， DP.chromαtophoraの 宿 主 核 か ら 発 現 し て い る こ と を 紹 介した(中山 2009，Nakayama& Ishida2009)。 こ れ に よHowe (2012) は光合成生物を細胞内に共生させることのり，有色体は遺伝的にも宿主細胞に統合されていることが胞内に取り込むことで光合成産物を享受できるが，その反面リスクについて取り上げている 。宿主細胞は光合成生物を細明らかとなったが，報告されたのは 1遺伝子のみであり ，P.

細胞内で光合成を行わせることは活性酸素の発生という危険

chromatophoraにおける核コ ー ド有色体遺伝子群の全体像，性を苧んでいる 。光合成のキャパシティを超えた強光や光合そして共生関係においてそれらの遺伝子が担う役割は不明な成不全によって，行き場を失った余剰エネルギーが発生した状況であった。

場合，最終的に活性酸素が作られる 。細胞に内在する共生者

143が活性酸素を発生させてしまった場合，宿主細胞 もこの活性葉緑体由来であると予想されており，これらと比較すると p.

酸素によるダメ ージを避ける事はできないだろう (Dorrellchromatophoraの EGT遺伝子は非常に少ない。 しかしな。つまり宿主細胞からすれば，共生した光合& Howe2012)

がら ，有色体が他 の一次葉緑体と 比べてごく最近獲得された成生物はエネルギ ー を生産してくれる協力者である と同 時こと (Marinetal.2005)，有色体ゲノムはいまだ縮小を続に，扱いを誤れば自身に害を及ぼすう見方もできる。これを踏まえると，共生者の光合成の過程

Nowacketal.2008) を踏まえると，核へのけていること (遺伝子の移動はこれからも継続して起きていくことが予想さで発生しうる過剰エネルギーの処理は，永続的な細胞内共れる 。加えて，細胞内共生における宿主と共生者の統合を考生関係を築くにあたって非常に重要であると考えられる。 p.

える上では， EGT以外に も他 の生物からの遺伝子水平転移

chromatophorαにおいても， HLIP遺伝子など余剰エネル(HorizontalGen
巴Transfer:HGT) によって獲得された遺伝ギー消去に関わる遺伝子を宿主がコント ロー ルすることに子や，もともと宿主が持っていた遺伝子の関与も無視できなよって，有色体の安全な制御 ・運用を実現しているのかもしい。近年の研究ではミ トコ ンド リアや葉緑体でも， EGT以れない。 また HLIPは，様々な光合成真核生物において主要外の由来をもっタンパク質が多く働いていることが示されて光合成アンテナとして働いている LHCファミリータンパク

Suzuki& Miyagishima2010，Gross& Bhattacharya
いる (質(すべての生物において核ゲノムに コード される)の起掘.chromatophoraから発見
2011)。 しかし，後述のように Pされた EGT遺伝子/タンパク質の一次配列には輸送配列な諸刃の剣"であるといとも考えられており (Heddadetal.2012)，HLIP遺伝子のEGTは既知の 一次共生においても 同様に起きたものと考えどの共通性が見られないため ，共生体以外の由来を持つ核られる。

コー ド有色体タンパク質を ，ゲノム配列解読や トランスクリNowacketal.(2011) は EGT遺伝子の総転写産物に占める割合から ， P.
chromatophoraの全核コード遺伝子のうち，0.
3‑0.
8% が有色体ゲノム由来であるだろうと予想 している 。

明するには，プロテオーム解析などで実際に有色体に局在す

プ トー ム解析だ、けから探索するのは困難である。これらを解るタンパク質を網羅的に解析する必要があるだろう 。

rabidopsisや Cyanidioschyz
onでは 14% 以上が対して ，Aタンパク質輸送の証明
核ゲノムにコ ー ドされたミ トコ ンドリアタンパク質や葉緑体タンパク質は ，宿主の細胞質で翻訳されたのち，高度に発達したタンパク質輸送装置 (Tim/Tomおよび T
ic/
Toc;

Schrnidtetal.2010，Gouldetal.2008)によって選択的にオルガネラ内へと輸送される 。その過程において荷札として働くのが，一般的に前駆体タンパク質の N 末端に存在する輸送配列である 。

P.chromatophoraから見つかった EGTタンパク質のほとんどが光合成に関連したものであるという事実は，これらのタンパク質が有色体内で機能していることを強く示唆 している。しか し， 奇妙なことにこれまでに発見された EGTタンパク質配列の N 末端には付加的な配列は確認されず，また EGTタンパク質の 一次配列に共通するようなパタ ー ンもNowacketal.2011)。 このため トラン見つからなかった (スク リプ トー ム解4斤によって P.chromatophor
aの EGTに関する知見が蓄積された 一方で，こ れらのタンパク質が実際に有色体へ運ばれていることへの確証は得られない状況であった。そのような中 ，Nowack&Grossman (2012)は P.
chromatophor
αの EGTタンパク質が実際に有色体内で機能していることを，生化学的手法を用いて証明することに成功した 。

Nowack&Grossman (2012) は有色体のチラコイド膜から光化学系 Iを単離し，ウエスタンプ ロッティングおよび構成タンパク質の N 末端アミノ酸配列分析によって ，単離され
図 1Paulinellac
hromαtophorαにおける PsaEのWM送経路。破線矢印 :予想される PsaEの輸送経路，

EGT:EndosymbioticGen巴 Transfer，Cr:有色体，Nu
宿主核， G ゴルジ体， V コゃルジ、体由来の小胞。

た光化学系 Iの中に宿主核ゲノムにコ ード される PsaEおよび PsaKが組み込まれていることを確認した。さらに ， これら核コ ード 光化学系サブユニットタンパク質の存在量が 80S

144リボソ ーム(真核生物型リボソ ーム)の活性阻害によって減少することから，これらのタンパク質は有色体ではなく宿主側 の リボソ ームによって翻訳されていることも明らかになった。これらのことは，宿主核ゲノムにコ ー ドされた EGTタ

chromatophor
aだが， Nowack& Grossman (2012) による生 化学的なアプロ ーチにより ，塩基配列からは得られなかった重要な知見がもたらされた。 P.chromatophoraは培養が難しく、モデ、ル生物などと 比較すると 取 り扱いは容易でンパク質が細胞質から有色体に供給されていることを示す頑ないが，今後も様々な手法 ・視点で研究が進むことが期待さ健な証拠である。また Nowack&Grossman (2012) は免れる 。

疫電子顕微鏡法によって Ps
aEタンパク質が有色体に特異的に局在することを示し ，PsaEが選択的に有色体内へと運ば引用文献れているこ とを示した 。

Bhattachar
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井上 勲 2007.
藻類 30俗年の ￨当然史談類から見る生物進化・地球 ・興味深いことに，免疫電子顕微鏡法において標識されたのは有色体だけではなかった。 PsaE抗 体 を 標 識 し た 金 粒子は有色体チラコイドの他に ， ゴルジ体上にも有意に蓄積し，PsaEタンパク質がゴルジ体にも 一定量存在することが示された。これは P.chromatophoraが， 一般的な葉緑体に見られるタンパク質輸送法とは異なる ， ゴルジ体を介した経路で PsaEを有色体に運んで、いることを示唆している 。 P.
fc
hromatophoraの宿主細胞で翻訳された PsaEはゴルジ体に運ばれ、そこからさらに小胞で、有色体へと運ばれる と考えられる(図 1)。陸上植物の葉緑体タンパク質においても ，ゴルジ体を通じて輸送される例が報告されており，また同様のシステムは渦鞭毛藻やユ ー グレナ藻が持つ二次葉緑体へのタンパク質輸送にも 利用されている (Bhattacharyaetal.2007，
Gouldetal.2008)。このようにゴルジ体 を介し た葉緑体へのタンパク質輸送系の確立は，真核生物の進化の中で複数回起きたと考えられる。葉緑体の獲得時，新たに加 わった 細胞内区画にタンパク質を供給する 上で，すでに存在するゴルジ体を介した輸送経路を流用するのは合理的であるのかもしれない。
一方で、輸送配列に関する謎は残されたままだ。一般的にゴルジ体を通るタンパク質は N末端にシグナルペプチドを持つが，現在までに得られている EGT遺伝子の塩基配列および EGTタンパク質の N 末端配列のデ ー タからは， PsaEおよび他 の EGTタンパク質の前駆体がシグナルペプチドを持つ証拠は得られていない。 しかし ，様々なタンパク質の輸送を仕分けるゴルジ体を通り特定の場所へ輸送されるためには，何か しらの識別要素が必要なのは確かである。加えて，今回輸送経路が示唆された PsaE以外の EGTタンパク質が，PsaEとは異なる方法で輸送されている可能性も否定できな

い。生ま れて間もないオルガネラである有色体へのタンパク質輸送には ，ある一定の輸送経路が画一的に使われるのではなく ，複数の経路が存在する可能性もあるだろう。植物の葉緑体に見られる Tic/Tocのような洗練されたシステムも，進化 の中の実験" とも 言える ような試行錯誤の末に生まれ，後に主流の経路として様々なタンパク質の輸送に流用されるようになったとする見方もある (Bhattacharyaetal.
2007)。
近年，主に分子生物学的な手法で研究されてきた P.

環境.東海大学 山j
阪会.神奈川.

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