総説

クラミドモナスの概日時計〜ようやく始まった分子レベルの研究〜
松尾拓哉✉
名古屋大学

遺伝子実験施設

植物ゲノム解析分野

1970年代の前半、ショウジョウバエやアカパンカビで概日リズム変異体が初めて分離された頃、リズム変異体の分離に成功した生物がもう一つあった。緑藻クラミドモナス（Chlamydomonas reinhardtii ）である。しかし、クラミドモナスはその後の時計遺伝子のクローニングへと至る分子遺伝学的研究の流れからは完全に取り残されてしまっていた。
近年になってようやく時計遺伝子が同定され、遅まきながら概日時計の分子機構の研究が始まったところである。クラミドモナスはその進化的位置から概日時計の進化を考察する上で非常に興味深い生物であると共に、現在では優れたモデル生物の一つでもある。本稿
では、クラミドモナスの時計遺伝子へのアプローチの歴史と、同定された時計遺伝子から見えてきたクラミドモナスの概日時計の特徴と緑色植物の概日時計の進化、さらに概日時計研究のモデル生物としてのクラミドモナスの可能性を紹介する。

−クラミドモナスとは地上に播くと鞭毛が消失して泳がなくなり、コロ

クラミドモナスは緑藻の一種で、湖沼や河川などニーを形成する（図１D）。そのため、シングルク

我々の身近なところにごく普通に生息する単細胞性ローンの分離が容易で、遺伝学に適している。マイの真核生物である（図１A、B）。２本の鞭毛を細胞

クロタイタープレートの1ウェルの中で生活環を回の前方に持ち、これで水をかいて水中を泳ぐ。眼点すことも可能で、小さなインキュベータが一つあれという光受容に特化した細胞内小器官で光の来る方

ば培養から交配まで事足りる。また、遺伝子導入に向を認識し、走光性を示す。適度な強さの光に対しよる形質転換が可能である。葉緑体ゲノムの形質転１．はじめにては正の走光性を示し、細胞に害を及ぼすような強A

B

い光に対しては負の走光性を示す。細胞の大半を占鞭毛めるのは大きな一つの葉緑体である。カップ状の構造をしており、内部にデンプンを蓄積するピレノイ
核ドがある。見た目のとおり、クラミドモナスの特徴

ピレノイド

は鞭毛と葉緑体であり、クラミドモナスを用いる研究者のほとんどがそれらに関連した研究を行ってい

C

眼点
葉緑体

D

る。概日時計の研究者は筆者を含め極々わずかであるが、鞭毛も葉緑体もそれらの生理機能が概日時計の制御下にあることは特筆すべき点である［１］。
クラミドモナスはモデル生物として優れた性質を持っている。培養が容易であり、マイクロタイター
プレートによる微量培養から数十リットルの大量培養まで自由自在である（図１C）。また、液体培地

図１ クラミドモナス。（A）クラミドモナス光学顕微
鏡像。スケールバーは10μm。（B）クラミドモナス細胞の模式図。
（C）クラミドモナスの培養液。（D）寒天培地上で培養したクラミドモナス。

中では元気に泳ぎ回るが、都合の良いことに寒天培✉t-matsuo@gene.nagoya-u.ac.jp（〒464-8602 名古屋市千種区不老町理学部地区Ｆ館5階F510号室） TEL: 052-789-4527 FAX: 052-789-4526
時間生物学─ 26 ─

Vo l . 19 , No . 1（ 2 0 1 3 ）換系が初めて確立された生物であり［２］、その合するタンパク質複合体として発見された［12］。

後、核ゲノムやミトコンドリアゲノムの形質転換系

その後、CHLAMY1はクラミドモナス細胞から精も確立された［３、４］。細胞内の３ゲノム（核、製され、２つのサブユニットから成るタンパク質複

葉緑体、ミトコンドリア）のすべてに関して形質転合体であることが分かった［13］。それらのアミノ換が出来る類い稀な生物である。ゲノム配列は、核酸配列をもとにcDNAがクローニングされ、C1お（120Mb）、 葉 緑 体（203kb）、 ミ ト コ ン ド リ ア

よびC3という２つの遺伝子が同定された［13］。そ（16kb）のいずれも決定されている［５−７］。

して、これらの遺伝子のノックダウンおよび過剰発
現によりクラミドモナスの概日リズムに大きな異常

２．時計遺伝子へのアプローチの歴史
２．
１

クラミドモナスper 変異体が現れることを発見した［14］。C1のノックダウン
および過剰発現はいずれもリズムの消失を引き起こ

クラミドモナスの時計遺伝子へのアプローチの歴

し、C3 のノックダウンおよび過剰発現はいずれも史は古い。1970年にVictor G. Bruceによって初めて位相の前進を引き起こした（表１）［14］。これらのクラミドモナスの概日リズムが測定された[8]。彼

リズム異常は走光性の概日リズムの他に、走光性とが測定したのは走光性と細胞分裂の概日リズムでは独立した現象であると考えられる亜硝酸還元酵素あった。とりわけ、走光性リズムに関しては測定がの活性の概日リズムにも同様の異常を引き起こした

自動化されており、長期間に渡って明瞭なリズムをことから、概日リズム発振の中心的な機構の異常で観察できた。Bruceは走光性リズムを指標に変異体あると考えられた［14］。さらにMittagらはクラミをスクリーニングし、1972年に１つ、1974年にさらドモナスのカゼインキナーゼ１のノックダウン株でに３つの概日リズム変異体を報告している［９、周期の短縮と振幅の低下が起こることを示した（表10］。いずれも長周期変異体で、それらはper- 1、

１）［15］。

per- 2、per- 3、per- 4と 名 付 け ら れ た。 現 在、per と
いえばほとんどの人がショウジョウバエやマウスの

２．３

RHYTHM OF CHLOROPLAST

時計遺伝子を連想するが、ショウジョウバエで最初

CHLAMY1のC1、C3サブユニットのアミノ酸配に３つのper変異体が分離された当時、もう一つの列は（図２）、他の生物の既知の時計タンパク質のper変異体群がクラミドモナスにいたのである。

配列と有意な相同性を示さない。クラミドモナスのショウジョウバエのper変異体とは対照的に、クラ概日時計は新しいタイプの時計なのであろうか？当ミドモナスの４つのper変異は異なる対立遺伝子上時、クラミドモナスの全ゲノム配列は公開されていにあり、それらは相加的に周期を延長することがわ

たが、他の生物の既知の時計タンパク質の配列と全かった［10］。４重変異体は実に40時間という超長長に渡って相同性を示すタンパク質をコードする遺周期を示す［10］。その後、Dieter Mergenhagenも伝子は見つからなかった。ただし、シロイヌナズナ

同 様 の 手 法 で 短 周 期 の 変 異 体（s） を 分 離 し たの 時 計 タ ン パ ク 質 で あ るCIRCADIAN CLOCK-［11］。しかし、残念ながら当時のクラミドモナスは

ASSOCIATED 1（CCA1）やLATE ELONGATED

遺伝子クローニングの技術があまり整備されていな

HYPOCOTYL（LHY）のDNA結合モチーフである

かった。ショウジョウバエやアカパンカビ、さらにSingle Myb、 お よ びPHYTOCLOCK 1（PCL1）

はマウス、シアノバクテリア、シロイヌナズナと（LUX ARRHYTHMO［LUX］）のDNA結合モチー

次々に時計遺伝子が同定されていく中、BruceやフであるGARPと同じタイプのDNA結合モチーフ

Mergenhagenの分離した変異体の原因遺伝子は同を持つタンパク質をコードする遺伝子はいくつか見定されることなく現在に至っている。

つかった［16］。しかし、それらのモチーフは時計タンパク質に特異的なモチーフではなく、緑色植物

２．
２CHLAMY1、カゼインキナーゼ１

クラミドモナスの時計遺伝子が明らかになったのは、BruceやMergenhagenの研究からずっと後のこの転写因子に一般的に見られるモチーフであったた
め、配列情報だけでは概日時計との関連は不明であった。

とである。Maria Mittagらのグループはクラミドモ

クラミドモナスの全タンパク質の配列をヒトおよ

ナ ス のRNA結 合 タ ン パ ク 質 複 合 体 で あ る

びシロイヌナズナと比較すると、クラミドモナス・

CHLAMY1を研究していた。CHLAMY1は特定のシロイヌナズナ・ヒトの３つすべてに共通するもの

mRNAの3'-非翻訳領域に対して主観的夜に強く結は約33％、クラミドモナスとシロイヌナズナに共通

時間生物学

Vo l . 19 , No . 1（ 2 0 1 3 ）─ 27 ─

表１：クラミドモナスの時計遺伝子
遺伝子

表現型※１

変異株の種類遺伝子産物

CK1

短周期（約１時間）・低振幅

RNA干渉株

カゼインキナーゼ１

c1

無周期
無周期

RNA干渉株

RNA結合タンパク質複合体
CHLAMY1のサブユニットC1過剰発現株

c3

位相前進（約６時間）
位相前進（約２時間）

RNA干渉株

RNA結合タンパク質複合体
CHLAMY1のサブユニットC3過剰発現株

ROC15

短周期（約３時間）

挿入変異株

GARPタンパク質

※２

ROC40

長周期（約５時間）・低振幅

挿入変異株

Single Mybタンパク質ROC55

短周期（約７時間）・低振幅

挿入変異株

ロイシンリッチリピートタンパク質ROC66

長周期（約５時間）※３

挿入変異株

CO/COL様タンパク質

ROC75

無周期

挿入変異株

GARPタンパク質

ROC114

無周期

挿入変異株

F-boxタンパク質

※１
※２
※３

括弧内の時間は野生型との差
連続明条件特異的表現型
恒常暗条件特異的表現型

でヒトにはないものは約27％、クラミドモナスとヒ味している。よって、葉緑体のリズムを指標として

トに共通でシロイヌナズナにはないものは約10％、核にコードされた時計遺伝子の変異体が分離できる

クラミドモナス独自のものは約30％である［５］。

ことがわかった。

クラミドモナスは進化的には緑色植物の仲間

遺伝子タギング法により作製した約16000個の変（Viridiplantae）であり、シロイヌナズナと共通の異体をスクリーニングし、軽微なリズム変異まで含タンパク質が多いが、クラミドモナス（緑藻）特有

めて105個のリズム変異体の分離に成功した［19］。

のタンパク質もかなり持っていると共に、ヒトと共そして、それらの原因遺伝子を同定し、最終的には通するタンパク質も無視できない程度持っている。

30個の遺伝子に辿り着いた［19］。それらの遺伝子

筆者らのグループは、クラミドモナスの概日時計のは、 指 標 と し た 葉 緑 体 の リ ズ ム に ち な ん で全体像をつかむためには順遺伝学が不可欠と考え、

RHYTHM OF CHLOROPLAST（ROC）遺伝子とその系の開発を始めた。その頃、クラミドモナスは名付けた。それらのうち変異によって特に顕著なリ

既に Green yeastと呼ばれるモデル生物であっズム異常を示す６つの遺伝子（ROC15、ROC40、た［17］。Green yeastとは「緑色の小さな真核細胞

ROC55、ROC66、ROC75、ROC114） を、 ク ラ ミ

で、酵母のように分子遺伝学などを適用できる」こ

ドモナスの概日時計に関連した主要な遺伝子と位置とから付けられたニックネームである。つまり、づけた（表１）。

Bruceの時代と違って既に遺伝子クローニングの技術が十分に整備されていた。概日リズムの測定系に

３．クラミドモナス概日時計の構成因子の特徴

関しては現代風にアレンジしてルシフェラーゼレ

前述の通り、C1、C3は他の生物の時計タンパクポーターを用いた。少し工夫したのは、クラミドモ

質と相同性を示さない。では上記の６個のROC遺ナスの特長を生かして葉緑体のゲノムにルシフェ

伝子のコードするタンパク質はどうだろうか？ そラーゼレポーターを組み込んだことである［18］。

れ ら の う ち ４ つ（ROC15、ROC40、ROC66、

葉緑体は進化の過程でシアノバクテリアの細胞内

ROC75）はDNA結合モチーフを持つタンパク質で共生によって生じたと考えられている。その痕跡とある。ROC40のDNA結合モチーフはSingle Mybでして今でも独自のゲノムと遺伝子発現系を持つ。葉

あ り、ROC15とROC75のDNA結 合 モ チ ー フ は緑体の概日リズムは核の制御下にあるのだろうか？

GARPである（図２）［19］。つまり、全ゲノム配列

そこで、Bruceのper変異体（核遺伝子変異）の葉が読まれた時点で見つかっていたシロイヌナズナの緑体ゲノムにレポーターを組み込んでみたところ、

時計タンパク質と同じタイプのDNA結合モチーフ

走光性リズムとほぼ同じ周期の長周期リズムが観察をコードする遺伝子が、順遺伝学的スクリーニングされた［18］。これは、葉緑体の概日リズムも核にによって選択されたわけである。それらに対し、コードされた時計によって制御されていることを意

ROC66は予想外であった。ROC66はZincフィンガー

時間生物学─ 28 ─

Vo l . 19 , No . 1（ 2 0 1 3 ）CK1

キナーゼなど、他の真核生物とよく似ていることが

ROC55
PK

LRR

LRR

LRR

わかった。ただし、C1の過剰発現／ノックダウン

C1
KH WW

ROC66
B-box

C3

でリズムの消失が見られるように［14］、RNA結合

CCT

ROC75

RRM

タンパク質がかなり強い影響力を持つことは特筆す

GARP

ROC15
GARP
ROC40

ROC114

べき点である。

F-box

Single Myb

500 a.a.

図２ クラミドモナスの時計遺伝子がコードするタン
パ ク 質 の 模 式 図。PK: protein kinase domain; KH:
lysine homology domain; WW: WW（tryptophantryptophan）domain; RRM: RNA-recognition motif;
GARP: Golden 2, Type-B Arabidopsis response
regulator, and Phosphate starvation response 1 motif;
LRR: leucine-rich repeat; B-box: B-box type zinc-ﬁnger
motif; CCT: CO, COL, and TOC1 motif

４．概日時計の進化
４．１

緑色植物の概日時計の進化

クラミドモナスの概日時計とシロイヌナズナの概
日時計／光周性花成制御機構には、同じタイプのDNA結合モチーフを持つ転写因子が多く関わっていることが明らかになった。これは単なる偶然だろうか？相同性が一般的なモチーフに限られ、その他タイプのDNA結合モチーフとCCTモチーフを持つの領域ではほとんど相同性が見られず、なお且つ、タンパク質である（図２）。このモチーフ構成はシタンパク質全体としてのサイズが大きく異なっていロイヌナズナの光周性花成制御因子である

るため、どの程度機能が保存されているのか不明で

CONSTANS（CO）やそのホモログであるCO-likeある［19、21］。しかし、これだけ同じタイプの転タンパク質（COL）と類似している［19］。シロイ

写因子様タンパク質が概日時計、およびそれと深くヌナズナにおいてCO/COLファミリーの一部は概関連した花成制御機構に関わっているという事実は

日 リ ズ ム に 影響を与えることが知られてい る が全くの偶然とは考えにくい。クラミドモナスよりさ［20］、その影響は弱い。一方、クラミドモナスにおらに古い時代に陸上植物との共通祖先から分岐した

いてはROC66遺伝子の変異体により周期が５時間藻類であるプラシノ藻のオストレオコッカス

も延びることから（表１）［19］、シロイヌナズナと（Ostreococcus tauri） で もSingle Mybタ イ プ の比べるとクラミドモナスのCO/COLファミリーはDNA結合モチーフを持つタンパク質と、シロイヌ

概日時計により深く関わっていると思われる。ただナ ズ ナ の 時 計 タ ン パ ク 質TIMING OF CAB

し、シロイヌナズナのCO/COLファミリーには機EXPRESSION 1（TOC1）と同じモチーフ構成のタ

能未知のタンパク質も多く、それらの中に概日時計

ンパク質が概日時計に関わっていることが、2009年に強い影響を与えるタンパク質がある可能性は否定に明らかになった［22］。また、CCA1/LHYタイプできない。

の転写因子は原始的な陸上植物であるコケ

上記の４つの転写因子様ROCタンパク質と異な（Physcomitrella patens）においても概日時計に関り、 残 り の ２ つ のROCタ ン パ ク 質（ROC55、

わっている［23］。おそらく、緑色植物の系統の概

ROC114）はシロイヌナズナおよびその他の生物の日時計は、同一のシステムを起源としており、現在

タンパク質と高い相同性を示さず、緑藻特有のタンでは多様化して主要なモチーフ以外のアミノ酸配列

パク質と考えられる。ROC55はロイシンリッチリ

やタンパク質のサイズ等が大きく変わると共に、そピートを持つタンパク質で、他のタンパク質との相れぞれの生存戦略に応じて役割を特定の現象（花成互 作 用 が 予 想 さ れ る（ 図 ２）
［19］。ROC114はなど）に特化させてきたではないだろうか。また、

F-boxモチーフを持っており、ユビキチンリガーゼ

クラミドモナスのように独自の構成因子を取り入れとして機能すると推測される（図２）［19］。

たものもいると思われる。クラミドモナスやオスト

以上のように、クラミドモナスの概日時計にはレオコッカスで分子機構の理解が進めば、それぞれ

CHLAMY1複合体やROC55、ROC114のような他のの構成因子の機能の共通性、もしくは相違が見えて

生 物 の 概 日 時 計 に 見 ら れ な い 因 子 と、ROC15、くると期待される。また、さらに古い時代に緑色植

ROC40、ROC66、ROC75のような陸上植物の概日

物と分岐した紅藻や灰色藻で概日時計の構成因子が時計および花成制御に関わるタンパク質と同じタイ同定されれば、植物時計の起源をさらに遡ることがプの転写因子様タンパク質が少なくとも関わっていで き る。 紅 藻 の 一 種 の シ ア ニ デ ィ オ シ ゾ ン

ることがわかった。また、概日時計に関連するタン（Cyanidioschyzon merolae）はゲノム配列が既に決

パク質は、転写因子、F-boxタンパク質、カゼイン

定されており［24］、そのゲノム配列を検索すると

時間生物学

Vo l . 19 , No . 1（ 2 0 1 3 ）─ 29 ─Single MybやGARPタイプのDNA結合モチーフをなくとも２タイプの時計遺伝子群が存在することに持つタンパク質をコードする遺伝子が見つかる。こなる（図３）。一方、真核生物全体を見渡すと、れらが概日時計として機能しているのか大変興味深

我々が時計遺伝子を知っている生物種は、いくつかい。

あるスーパーグループのうちのたった２グループ（オピストコンタと植物）の中に収まってしまう

４．
２

真核生物全体における既知時計遺伝子（図３）。しかし、残りのスーパーグループにも、ゾ

次に、真核生物全体に目を向けてみる。概日時計

ウリムシ（繊毛虫類）、ゴニオラクス（渦鞭毛植の研究は動物、植物、菌類などの多細胞化した大型物）、ミドリムシ（ユーグレナ植物）など、概日リの生物がよく使われる。これは分子レベルの指標がズムを示すことがわかっている原生生物がいる（図ない時代から概日リズムを観察できたためであろ３）。原生生物の世界には我々の知らない時計遺伝う。しかし、生物の世界にはクラミドモナスのよう子がまだ山のようにあると思われる。真核生物におな肉眼では見えない真核生物が無数に存在していける概日時計の進化を理解するには、もっと多くのる。これらはまとめて原生生物（Protist）と呼ば原生生物に目を向ける必要がありそうだ。

れてきた。近年、電子顕微鏡による微細構造の研究と分子系統学の進展によって、原生生物の驚くべき

５．クラミドモナスの１日

多様性が明らかになり、真核生物全体の構成が理解

ここでクラミドモナスの１日の生活を紹介する。

されつつある。その結果、真核生物全体は比較的少

夜明け前から早朝にかけて葉緑体の遺伝子発現が数のスーパーグループから成ることが明らかになっ

ピークとなり［28］、光合成の準備が整う。そのている（図３）［25、26］。この分類によると、クラ後、走光性活性のピークが訪れ［８］、より光の強ミドモナスの属する緑藻は、陸上植物・プラシノ藻

いところに移動して活発に光合成を行う。光合成産と共にスーパーグループ「植物」に属する。一方、物はデンプンとしてピレノイドに蓄えられ、夕暮れ

哺乳類・昆虫などの後生動物はスーパーグループ

付近でその含量がピークとなる［29］。日が暮れる「オピストコンタ」に属するが、同じスーパーグとデンプンを消費しながら活動し、十分に大きく

ループになんとアカパンカビなどの菌類も属する。

なった細胞は夜間に分裂する［８、30］。その日にオピストコンタが単系統群であることは、分子系統

分裂しない細胞は、夜間に窒素化合物に対する正の学に加え、鞭毛を持つ細胞（動物の精子やカビの胞走化性を示し［31］、窒素化合物の豊富な場所へ移子）が一本の鞭毛を細胞の後方に持つという微細構動する。それに引き続き、夜明け頃に窒素化合物の造の特徴から強く支持されている［27］。よって、取り込みのピークと代謝のピークが順番に訪れる

オピストコンタには、perなどの昆虫・哺乳類の時［14、31］。また、夜間は細胞表面の粘着性が高まる

計遺伝子群と、frqなどの菌類の時計遺伝子群の少［32］。どのような効果があるのか不明であるが、窒素化合物の豊富な場所で何かに張り付き、その場に留まるためではないかと考えられている。窒素源がCCA1欠乏するとクラミドモナスは配偶子となり、雌雄がTOC1鞭毛を絡み合わせて接合して胞子を形成し、環境が改善するまで休眠する。接合の活性が最も高まるの
ROC

が本来窒素代謝の高まる夜明け頃である［33］。このように、クラミドモナスのような小さな単細胞でも、様々な概日リズムを示し、それらが時間的に調和されて出力されているのである。
per

６．概日時計研究におけるクラミドモナスの可能性
frq

図３ 真核生物のスーパーグループと時計遺伝子。概日リズムを示すことが知られている生物を含む分類群
は白抜き文字で示す。また、代表的な時計遺伝子を示す。Baldauf［25］と井上［26］をもとに作図。各スーパーグループ間の系統関係は未だ明確ではない。

時間生物学

─ 30 ─

Vo l . 19 , No . 1（ 2 0 1 3 ）６．１

細胞内小器官の概日制御

クラミドモナスの特徴は、やはり鞭毛と葉緑体である。いずれも構造や機能の分子レベルの研究が非常に進んでいる。そして、上記の様々な概日リズムのほとんどがそれらの細胞内小器官の活動に関係している。クラミドモナスの時計遺伝子が同定されたているが、クラミドモナスでは様々な現象においてことで、概日時計とこれらの細胞内小器官との分子極めて明瞭なリズムを観察できる。従って、恒暗条

レベルの接点を解明できるかもしれない。特に葉緑件下での光パルスによる位相変化の詳細な解析によ体に関しては形質転換系が初めて確立された生物とり適している。クラミドモナスの光パルスによる位

いうだけあって遺伝子改変のノウハウが蓄積してお相反応のアクションスペクトルは走光性リズムを指り、著者らが行ったようにレポーターを使うことも標として調べられ、緑色光と赤色光、特に赤色光に容易である。核と葉緑体のダブルレポーターなどを対して強く反応することがわかった［35］。植物で用いることで、時計遺伝子をコードする核ゲノムと赤色光というとフィトクロムが思い浮かぶが、フィ

その出力の一端である葉緑体ゲノムへの時間情報の

トクロムの関わる現象が示すような遠赤色光照射に流れを分子レベルで解明できると期待される。

よる打ち消し効果は、クラミドモナスの位相反応で葉緑体は概日時計システムにおいてただの末端は見られない［35］。また、全ゲノム配列からも（ 出 力 ） な の だ ろ う か？ ミ ド リ ゾ ウ リ ム シ

フィトクロムのホモログは見つかっておらず［５、（Paramecium bursaria）は光合成生物のクロレラ16］、クラミドモナスには未知の赤色光受容体があを細胞内に共生させる。この場合、共生体であるクると思われる。クラミドモナスの概日光受容体が見

ロレラの概日時計が、宿主の概日リズムを支配してつかれば、植物の概日時計の進化を考察する上で大しまうことがわかっている［34］。前述の通り、

変興味深い知見となるに違いない。

Bruceのper変異体は葉緑体リズムにおいても長周期を示すので、現在のクラミドモナスにおいては核

６．３

多細胞化

の 時 計 が ド ミナントであることは明らかで あ る

クラミドモナスは近縁種のボルボックスとあわせ［18］。しかし、このデータは従属的な振動体（葉緑て多細胞化のモデル生物である。ボルボックスはク体時計）の存在を否定するわけではない。かつてシラミドモナスのような細胞が集まった“群体”と呼ばアノバクテリアの細胞内共生によって生じた葉緑体

れる原始的な多細胞生物である。群体を構成するは、現在のミドリゾウリムシのケースのように、宿個々の細胞の見た目があまりにもクラミドモナスに主に対して何らかの時間的制御をしていたのではな

似ているので、「クラミドモナスが集まったものがいだろうか。たとえ現在において葉緑体時計はない

ボルボックス」と誤解する人も多い。別種ではあるとしても、核の概日時計に対する何らかのフィードが、やはり極めて近縁であり、ROC55やROC114のバックがあるのではないだろうか。葉緑体（光合ような陸上植物を含む他の生物では見られない時計成）の概日リズムは植物のリズムの代表格のようなタンパク質も、ボルボックスにはホモログが存在すものであるが、実は解らないことがまだ多い。クラる［19］。概日時計の多細胞化の初期段階のモデル

ミドモナスのような葉緑体の研究に適したモデル系として、今後の解析が期待される。

は、概日時計と葉緑体の関係を調べる上で非常に有用である。

６．４ 翻訳後振動体（Posttranslational oscillator）
これまで時計遺伝子の研究が進んできた生物と比

６．
２

光入力系

べると、クラミドモナスの特徴は「真核の単細胞」

動物はえさを食べることで炭素源を取り込む従属という点である。今、真核生物の概日時計研究にお栄養生物である。それに対して、植物は光合成で自いて最も重要な課題の一つは、「原核生物（シアノら炭酸固定を行う独立栄養生物である。クラミドモ

バクテリア）と同じか？」であろう。周知の通り、

ナスは光合成による炭酸固定もできるが、酢酸など

シアノバクテリアでは概日時計の試験管内再構成にの炭素源を培地に入れておくと、それを取り込んで成功し、遺伝子発現のフィードバックループを介さ利用できるため、光がなくても生育できる。これはなくともKaiタンパク質のみで概日振動を生み出せ

光合成研究において非常に強力な特性であった。なることがわかった［36］。古くから知られている巨

ぜなら、光合成変異体が致死にならずに分離できる

大 緑 藻 カ サ ノ リ の 除 核 実 験 や［37］、 最 近 のからである。緑色植物の概日時計の光入力系の研究

Peroxiredoxinのリズムの発見から［38−40］、真核においてもこの特性は有用である。恒暗条件下にお生物においてもそのような翻訳後振動体が広く存在いて、シロイヌナズナなどの陸上植物では明瞭な概することは証明されているが、振動体の実体はまだ

日リズムを示す現象（レポーター遺伝子）が限られ

摑めていない。シアノバクテリアがそうであったよ

時間生物学

Vo l . 19 , No . 1（ 2 0 1 3 ）─ 31 ─うに、このような生化学的振動体に切り込むには、

142:797-806（2006）

単純なモデル系が有用であると思われる。単純な真15）Schmidt M, et al.: Plant Cell 18:1908-30（2006）

核細胞のモデル系と言えば酵母（Yeast）である。

16）Mittag M, Kiaulehn S, Johnson CH: Plant

しかし、酵母は概日時計らしいものは持っているが［41］、リズムがあまり明瞭ではない。それならば、Green yeast

クラミドモナスの出番ではないだろ

Physiol 137:399-409（2005）17）Goodenough UW: Cell 70:533-8（1992）
18）Matsuo T, Onai K, Okamoto K, Minagawa J,
Ishiura M: Mol Cell Biol 26:863-70（2006）

うか。

19）Matsuo T, Okamoto K, Onai K, Niwa Y,
Shimogawara K, Ishiura M: Genes Dev 22:918-

おわりにクラミドモナスは、鞭毛や葉緑体に関連した学会や研究会等においては比較的メジャーなモデル生物
で、Chlamy（日本ではクラミ）の愛称で親しまれている。時間生物学の分野では今のところマイナーな生物ではあるが、Green yeastの利点を最大限に30（2008）20）Ledger S, Strayer C, Ashton F, Kay SA,
Putterill J: Plant J 26:15-22（2001）21）Matsuo T, Ishiura M: FEBS Lett 585:1495-502（2011）

生かせば、本分野に貢献できることがまだまだある

22）Corellou F, Schwartz C, Motta JP, Djouani-と考えている。本稿を読んでいただいた方が、少し

Tahri el B, Sanchez F, Bouget FY: Plant Cell

でも「クラミの時計」に関心を持っていただければ幸いである。

21:3436-49（2009）23）Okada R, Kondo S, Satbhai SB, Yamaguchi N,
Tsukuda M, Aoki S: Plant J 60:551-63（2009）

引用文献24）Matsuzaki M, et al.: Nature 428:653-7（2004）

１）Matsuo T, Ishiura M: Int Rev Cell Mol Biol

25）Baldauf SL: Science 300:1703-6（2003）

280:281-314（2010）
２）Boynton JE, Gillham NW: Methods Enzymol
217:510-36（1993）
３）Kindle KL: Proc Natl Acad Sci U S A 87:122832（1990）
４）Remacle C, Cardol P, Coosemans N, Gaisne M,
Bonnefoy N: Proc Natl Acad Sci U S A
103:4771-6（2006）

26）井上 勲: 藻類30億年の自然史, 東海大学出版会,（2007）
27）Adl SM, et al.: J Eukaryot Microbiol 52:399-451（2005）
28）Hwang S, Kawazoe R, Herrin DL: Proc Natl
Acad Sci U S A 93:996-1000（1996）29）Ral JP, Colleoni C, Wattebled F, Dauvillee D,
Nempont C, Deschamps P, Li Z, Morell MK,５）Merchant SS, et al.: Science 318:245-50（2007）

Chibbar R, Purton S, d'Hulst C, Ball SG: Plant

６）Maul JE, Lilly JW, Cui L, dePamphilis CW,

Physiol 142:305-17（2006）

Miller W, Harris EH, Stern DB: Plant Cell
14:2659-79（2002）
７）Michaelis G, Vahrenholz C, Pratje E: Mol Gen
Genet 223:211-6（1990）
８）Bruce VG: J Protozool. 17:328-334（1970）
９）Bruce VG: Genetics 70:537-48（1972）
10）Bruce VG: Genetics 77:221-30（1974）
11）Mergenhagen D: Eur J Cell Biol 33:13-8（1984）
12）M i t t a g M : P r o c N a t l A c a d S c i U S A
93:14401-4（1996）
13）Zhao B, Schneid C, Iliev D, Schmidt EM,
Wagner V, Wollnik F, Mittag M: Eukaryot
Cell 3:815-25（2004）14）Iliev D, Voytsekh O, Schmidt EM, Fiedler M,
Nykytenko A, Mittag M: Plant Physiol
時間生物学─ 32 ─

Vo l . 19 , No . 1（ 2 0 1 3 ）30）Goto K, Johnson CH: J Cell Biol 129:1061-9（1995）
31）Byrne TE, Wells MR, Johnson CH: Plant
Physiol 98:879-86（1992）
32）Straley SC, Bruce VG: Plant Physiol 63:1175-81（1979）
33）Ishiura M, Iwasa K: Plant Cell Physiol 14:93539（1973）
34）Miwa I, Izumo T, Sonoda T: J Eukaryot
Microbiol 43:231-6（1996）35）Kondo T, Johnson CH, Hastings JW: Plant
Physiol 95:197-205（1991）
36）Nakajima M, Imai K, Ito H, Nishiwaki T,
Murayama Y, Iwasaki H, Oyama T, Kondo T:
Science 308:414-5（2005）

37）Sweeney BM, Haxo FT: Science 134:1361-63（1961）
38）O'Neill JS, Reddy AB: Nature 469:498-503（2011）
39）O'Neill JS, van Ooijen G, Dixon LE, Troein C,

Nature 469:554-8（2011）40）Edgar RS, et al.: Nature 485:459-64（2012）41）Eelderink-Chen Z, Mazzotta G, Sturre M,
Bosman J, Roenneberg T, Merrow M: Proc
Natl Acad Sci U S A 107:2043-7（2010）

Corellou F, Bouget FY, Reddy AB, Millar AJ:

時間生物学

Vo l . 19 , No . 1（ 2 0 1 3 ）─ 33 ─