珪藻の殻形態における表現型可塑性と多様性創出過程

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本研究では、表現型可塑性による多様性を創出する生物学的機構をクローナルな単細胞生物である中心珪藻Cyclotella meneghinianaを用いて明らかにすることを目的とした。本種は広塩性種で、塩濃度上昇に対して細胞集塊形成や有性生殖などの応答を行う。有性生殖のステージでは、各細胞のどのような違い(殻形態、細胞系譜、細胞間相互作用)が、環境合図への応答の仕方(卵細胞になるか、精細胞になるか、分化しないか)を決め、集団動態の違いをもたらすかを、一細胞レベルで計測することを計画した。当初計画したとおり、レーザーを用いた微細加工技術により顕微鏡下で1細胞を追跡できる実験系の開発と条件検討を行い、スライドグラス上に作成した100μ四方の微小なチャンバーに1細胞を閉じ込めて培養し分化過程を追跡することに成功した。その結果クローン細胞であっても個々の細胞のサイズや周囲の細胞密度の違いによる分化運命調節が明らかになった。各親細胞は分裂して生じた娘細胞に同じ性を配分する傾向があり、多細胞生物で報告されてきたsplit sex ratio(卵を多く産する親と精子を多く産する親に分かれる)にあたる現象が単細胞生物でもみられることがわかった。無性生殖のステージでは、淡水培地から海水培地に移すと、いくつかの殻器官の形態が変化する表現型可塑性がみられた。複数地点から確立したクローン株を、遺伝子マーカーを用いて遺伝的差異と近縁種との位置関係を確認した上で、表現型可塑性の度合い(反応基準)の違いを調べることができた。今後可塑性に関連した遺伝子発現状態の変化を調べるための基礎的なデータを得ることができたと考えている。また無性的に増殖する非感受期ステージにある細胞であっても、有性生殖の環境合図の感受期にある個体を混合すると有性生殖が誘発されることが明らかになった。本種の有性生殖/無性生殖の切り替えには、以前から知られていた環境合図に加えて、周囲の個体との相互作用が重要となることが示唆されるデータが得られた。