STUDIES ON THE INDUCTION OF SEXUAL

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Title
STUDIES ON THE INDUCTION OF SEXUAL REPRODUCTION IN
DESMIDS ：内容の要旨及び審査の結果の要旨
Author(s)
今泉, 眞知子; 野口, 哲子; 鈴木, 孝仁; 鍵和田, 聡; 池原, 健二
Citation
博士学位論文内容の要旨及び審査の結果の要旨, Vol. 24, pp. 139-143
Issue Date
2007-08
Description
博士(理学), 博課第346号, 平成19年3月23日授与
URL
http://hdl.handle.net/10935/1760
Textversion
publisher
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http://nwudir.lib.nara-w.ac.jp/dspace
氏名 (
本籍)
今泉真知子
学位の種類
博士 (
理学)
学位記番号
博諜第 3
4
6
号
学位授与年月日
平成 1
9
年 3月2
3日
学位授与の要件
学位規則第
(
岩手県)
4条第 1項該当
人間文化研究科
論
文
題
目
STUDI
ESONTHEI
NDUCTT
ONOFS
EXUAL
REPRODUCTI
ONI
NDES
MI
DS
(
接合藻における有性生殖の誘発に関する研究 )
論文審査委員
(
委員長) 教授
助教授
野口哲子
教授
鈴木
鍵和田
教授
池原
聡
論文内容の要旨
緑藻の接合藻は単細胞生物で､通常は二分裂の無性生殖で増殖するが､環境条件により接合子を形
成する有性生殖を行う.多細胞生物の榎雑な生活環に比べ､単純な生活環の接合薮は有性生姥の訴発
や生殖過程の解析に適し､古くから研究対象にされてきた｡本研究では､接合蕗に属するミ/
)ラステ
リアス (
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s)のホモ接合株とクロスチリウム (C
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s
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c
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J
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m)のヘテロ接合株を用い､有
性生殖の誘発に窒素源一サイクリックAMP､核･細胞質 DNA合成の三要因がどのように関与して
いるかを解析した｡また､クロステリウムの有性生殖過程で機能する二つの性フェロモンの分泌経路
を免疫電子頚微鼓法で解析した｡
第-章では､ミクラスチリ7ス･トマシ7-ナ変種 /クータ (
MJ
C
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a)のホモ接合株を用い､その有性生殖誘発における窒素澱の関与について解析した｡本株は､
著者白身がフィールドから採集･単離し､研究室での培養条件を確立した株である｡ます､培地を窒
素欠乏にすることにより､接合子形成 (
有性生殖) を高頻度に誇発する実験系を確立した｡この美醜
メチオニンスルホキ
系を使って､細胞内の窒素代謝経路の阻害剤である 4つの丁ミノ酸丁ナログ (Lシイミン､ DL-6-ヒドロキソリソ /t L-β2- (
チエニル)-DL一
アラニンー DL-7-7サトリブトフ7ン)､
及び､L
J/ルタミノが接合子形成に及ぼす影響を網べた.窒素澱を加えた培地でも､ 4つの丁ミノ酸
アナログは接合子形成を妨発した｡しかし､培地を窒索欠乏にした場合と比べて､接合子の形成率は
低く､栄養細胞が配偶子へ分化する時期も遅らせたことから､両者の接合子形成を決発する機構は真
｣
ニ
ー
なっていると陪論づけた｡
第二章では､細胞内の浅能調節物質として知られるサイクリックA
MPの有性生殖誘発への関与に
MPを
ついて､ミクラステリアス･トマシアーナ変種ノタ一夕で検討した｡高濃度のサイクリック A
培地に加えると､接合子形成を抑制し､二分裂 (
無性生殖)による緬胞増殖を促進した｡また､細胞
内サイクリックA
MP蔑度を高めるカフェインやテオフィリンなどのメチルキサンチン､ 7アニレMPの7ナログである8
プロモサイク
トシクラーゼの活性剤であるフiルスコリンやサイク･
リックA
リI
yク A
MPは､いずれも高濃度のサイクリ･
y クA
MPと同様に､接合子形成を的刺し､細胞増殖を
促進した｡一方､サイクリックAMPのアナログの一つであるジブチリルサイクリック A
MPは配偶
子形成に先立っ細胞分裂を特異的に阻害したが､細胞増軌ま促進しなかった｡これらの結果は､高濃
度の細胞内サイクリックAMPが接合子形成を抑制すると同時に無性生殖による細胞増殖を引き起こ
すシグナルとして働くことを示唆した｡
第三葺では､鞍D
NAまたは細胞質 DNAの合成阻害が接合子形成の務発に関与している可能性に
ついて､クロステリウム･エーレンベルギイ (Cy
o
st
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･
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/
由 ) を用いて検討した｡著者
は､クc
I
ステリウム･エーレンベルギイで､配偶子形成に伴ってビレノイドが鼓を減少し､その体gE
を増大させる現象を発見したO ピレ/イドは淋規特有の細胞内横着で､光合成の炭敢固定での第一反
応を触媒する重要な酵素であるリブロース二リン磯脱炭敢酵素 (
ルビスコ)を擬集し､周間に光合成
Aも含むことに注目し､ビレ/イド
産物のデンプンを醤榎している｡水実験では､ビレノイドが DN
の数と体構変化を指槙として､D
NA合成の阻書が接合子形成に及ぼす影響を解析した｡尊兼源を加
えた培地でも､細胞質 D
NA合成の阻害剤は､接合子形成率を高め､ビレ/イド数の減少とビレ/イ
ドサイズの増大をもたらした｡核 D
NA合成の阻害剤は､窒紫蘇の有無に関わらず接合子形成率を高
めたが､ビレノイド数には影響せず､サイズの増大のみをもたらした｡これらの結果は､細胞質
DNA合成の阻書が前配偶子分化の初期シグナルであることを示唆した｡
第四章では､クロステ J
)ウム･バーアセローサム･ストリj'
-サム･リトラ-レ･コンプレックス
(aagね〃L
LL
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Z PeTadm
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ompl
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x)のヘテロ接合株を用い､有性生殖過程で
U
重要な二つの性フェロモンを免疫電子顕微鏡法で検出した｡電子顕敏鏡像では､一型と+型の細胞を
区別できないため､この様な研究の例は皆瀬だったが､著者は-型と+型の細胞を混合せずに､各撃
の細胞を有性生殖過程に誘導する系を用いることにより､難問を打破した｡ -壁細胞から分泌され+
PRI
P) と､ +型細胞から分
型の配侠子に作用して十型原形質を細胞壁外に故H
lさゼるフェロモン (
泌される PRI
P誘起フェロモン (
PRI
Pl
nduc
e
r
) は､どちらもトランスーj'
ルジ網から形成され
る特定の小胞によって原形質膜へ運ばれ､エクソサイトーンスによって細胞外へ放出されることを明
らかにした｡また､ェクソサイトーシスは細胞の全表面で起こっていることを示した｡本研究は､接
合藻で牲フ Lロモンの細胞内局在を初めて明らかにしただけではなく､敏丑で横地するフェロモンを
止
詐煩で初めて形態学的に検出した研究である｡
最後にー第 1苛から第 4葺までの結果について､酵母の牲分化を釈尊するシグナルトランスダクショ
ン経絡に関する分子i
t伝学的研究の成果､モデル緑藻クラミドモナスの蛙分化を誘導する寮素飢餓と
光シグナル伝達経路に関する研究の成果を引用しながら､拾合的な考察を行った｡
_
正
論文審査の結果の要旨
緑藻の接合漢は単細胞生物で､常は二分裂の無性生殖で増殖するが､環境条件により荏合子を形成
する有性生殖を行う｡多細胞生物の複雑な生活環に比べ､単純な生活環の接合藻は有性生殖の所発や
生産過程の解析に適し､古くから研究対象にされてきた｡本研究では､接合藻に属するミクラステリ
アス (
_
4
h ua
skT7
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5)のd
.
モ接合株とクロスチリウム (a o
sE
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u
Dl
) のへテt
)接合株を用い､有性
生殖の誘発に､窒素瀕､サイクリック AMP､核･細胞質 DNA合成の三要因がどのように関与して
いるかを解析しているo また, クロステリウムの有性生殖過程で捜能する二つの性フェロモンの分泌
経路を解析しているC
第-草では､ミクラステリアス (
MJ
C
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t nO由由)のホモ接合株を用い､
有性生殖誘発における窒素源の関与について解析しているC本棟は､論文授山名白身がフィールドか
ら採集･申難し､研究室での培養灸件を確立した株である｡まず､培地を窒素欠乏にすることにより､
接合子形成 (
有性生殖)を高頻度に訴発する実巌系を確立した｡この実額系を使って､細胞内の窒素
代謝経略の阻害剤である 4つの7 ミノ散 7ナログが接合子形成に及ぼす彩管を笥べた｡その結果､窒
素源を加えた培地でも､ 4つのアミノ敢アナログは接合子形成を統覚した｡窒素欠乏が有性生殖の誘
発要因であることは接合藻クロスチリウムの-テロ接合株で報告されていたが､ミクラスチリTスの
ホモ接合株でも同様の結果を得られたことは､窒素欠乏が接合藻の有性生殖の添乗に普遍的な要因で
あることを示唆している｡また､本研究は､藻類の有性生殖誘発に関与する窒素代謝経路を槙討した
初めての研究としても高く評価できる｡
第二葦では､細胞内の機能調節物質として知られるサイクリ yクAMPの有性生殖商発への関与に
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0由L
a) で換討している｡高濃度の
ついて､ミクラステリアス (
サイクリック AMP を培地に加えると､接合子形成を抑制し､二分裂 (
無性生殖) による細胞増殖を
促進した｡また､細胞内サイクリック AMP濃度を高めるカフェインやテオフィリン､アデニレート
プロモサイクリッ
シクラーゼの活性剤であるフォルスコリンやサイクリック AMPのアナログである8
ク AMPは､いずれも接合子形成を抑制し､細胞増殖を促進した｡一方､サイクリックAMPの丁ナ
ログであるジブチリルサイクリック AMPは配偶子形成に先立っ細胞分裂を阻害したが､細胞増殖は
促進しなかった｡つまり､サイクリノク AMPが窒素飢敗と柏反する方向で有性生殖の誘発を制御し
ていることを明らかにしている｡この結果は､分裂辞母型の情相伝連経路と同様 r
i経絡が本藻の有性
生殖の新発に関与している可能性を示唆し､捷合藻の有性生積誘発の分子i
8伝学的解析に対し､基礎
的データを提供するものとして高く評価される｡
_
良
第三者では､核 DNA または細胞質 DNA の合成阻書が凄合子形成の誘発に関与している可能性に
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Ar
e
Dbc
J
.
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)) を用いて検討している｡論文提出者は､
ついてクロスチリウム (CyostcrJLL
C
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Jの配偶子形成に伴って､リブロース二リン酸脱炭酸酵素 (ルビスコ) を有するピレ
由 z
/イドの数が転宅
少し､その体積を増大させる現象を見出した｡そして､ビレノイドが DNA も含むこ
とに注目し､ビレノイドの数と体槙変化を指億として､DNA合成の阻害が接合子形成に及ぼす影響
を解析した. その結果､細胞質 DNA合成の阻害が前配偶子分化の初期シグナルであり､細胞質 DNA
合成の少畳の阻害によって引き起こされる核 DNA 合成の部分的阻害が有性生殖を誘発することを示
唆している｡有性生殖の誘発において､転写以降の精妙な調節の他に､DNA レベルでの制御が関与
するとの報告はまだ熊いが､高等植物の細胞分化過程で同様な制御機構の存在が見出されており､本
研究の発廉性が期待される｡
第四章では､クロスチリウム (ao
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x)のヘテ
ロ接合株を用い､有性生貢を過程で重要な二つの性フェロモンを免疫電子顕微鏡法で検出している｡電
子顕微鏡俊では一一型と+型の細胞を区別できf
j
:
いため､この様1
3
:
研究の例は皆無だったが､著者は一
塾と+型の細胞を混合せずに､各型の細胞を有性生蒐過程に誘導する系を用いることにより､この難
問を解決した｡一型細胞から分泌され+型の配偶子に作用して十型原形質を細胞壁外に放出させるフェ
ロをン (
PRJP) と､ +型細胞から分泌される PRI
P済起フェロモン (
PRt
Pl
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e
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)は, どち
らもトランス-ゴルジ網から形成される特定の小胞によって原形質膜へ運ばれ､エクソサイトーンス
によって細胞外へ放出されることを明らかにした｡本研究は､接合藻で性フェロモンの細胞内局在を
初めて明らかにしただけではなく､微量で機能するフェロモンを藻類で初めて形態学的に検出した研
究として高く評価されるC
最後に､第 1輩から第 4章までの結果について､酵母の性分化を誘導する情報伝達経絡に関する分
子遺伝学的研究の成果､モデル緑藻クラミドモナスの性分化を誘導する窒素飢餓と光シグナル伝達経
路に関する研究の成果を引用しながら､総合的な考察を行っている｡
以上､本研究は､接合轟の有佐生殖の誘発に窒素飢餓､サイク ■
トツタ AMP､核･細胞質 DNA 合
成が関与していることを明らかにすると共に､その作用経路を考察し､更に､性フェロモンの分泌経
路を形態学的に初めて明らかにしたものであるO有性生殖機構は多様な生物で研究され続けているが､
本論文は藻類に関する重要な知見を提供する論文として高く評価できる｡本研究の策 L章∼第 4葺は
それぞれ-論文にまとめられ､計四論文として国際的な学術雑誌に公表されている｡
よって､本論文は､奈良女子大学博士 (
理学)の学位を授与するに十分1
1内容を備えていると判断
される｡
1
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