ゼニゴケの精子変態過程におけるオートファジーを介したオルガネラリモデリングの解析

一部の陸上生物は運動性の鞭毛を有する雄性配偶子（精子）を形成する。精細胞から精子へと変態する過程ではオルガネラの大規模かつ厳密な再編成が起こることが知られている。植物の精子変態過程におけるオルガネラの再編成に関する研究は電子顕微鏡による解析が中心であり、その分子機構は未だ不明であった。そこで本研究課題では、その分子機構の解明に向けて、コケ植物ゼニゴケを用いて分子細胞生物学的解析を行った。本研究ではまず共焦点顕微鏡を用いて精子変態過程におけるオルガネラ動態を観察した。2019年度の解析からオートファジーの関与が示唆されていたため、オートファジーとオルガネラの再編成の関係性を変異体を用いてより詳細に解析を行った。その結果、オートファジーがゼニゴケ精子変態過程におけるオルガネラの再編成に必要であることが明らかになった。またすべてのオルガネラがバルクでオートファジーによって分解されるだけでなく、オルガネラやオルガネラタンパク質ごとに異なる制御で分解されることが明らかになった。動物の精子変態過程におけるオルガネラの除去は貪食によって起こることが知られているが、ゼニゴケ精子変態ではオートファジーを含む細胞自律的なオルガネラ分解によって起こることが明らかになり、植物は独自に精子変態過程におけるオルガネラの再編成機構を進化させてきたことが、本研究で初めて明らかになった。本研究成果をさらに発展させていくことで、植物の精子変態過程においてオルガネラ動態がどのようにして厳密に制御されているのか明らかにすることができると期待される。

一部の陸上生物は運動性の鞭毛を有する雄性配偶子（精子）を形成する。精細胞から精子へと変態する過程ではオルガネラの大規模かつ厳密な再編成が起こることが知られている。植物の精子変態過程におけるオルガネラの再編成に関する研究は電子顕微鏡による解析が中心であり、その分子機構は未だ不明であった。そこで本研究課題では、その分子機構の解明に向けて、コケ植物ゼニゴケを用いて分子細胞生物学的解析を行った。本研究ではまず共焦点顕微鏡を用いて精子変態過程におけるオルガネラ動態を観察した。2019年度の解析からオートファジーの関与が示唆されていたため、オートファジーとオルガネラの再編成の関係性を変異体を用いてより詳細に解析を行った。その結果、オートファジーがゼニゴケ精子変態過程におけるオルガネラの再編成に必要であることが明らかになった。またすべてのオルガネラがバルクでオートファジーによって分解されるだけでなく、オルガネラやオルガネラタンパク質ごとに異なる制御で分解されることが明らかになった。動物の精子変態過程におけるオルガネラの除去は貪食によって起こることが知られているが、ゼニゴケ精子変態ではオートファジーを含む細胞自律的なオルガネラ分解によって起こることが明らかになり、植物は独自に精子変態過程におけるオルガネラの再編成機構を進化させてきたことが、本研究で初めて明らかになった。本研究成果をさらに発展させていくことで、植物の精子変態過程においてオルガネラ動態がどのようにして厳密に制御されているのか明らかにすることができると期待される。