ボルボックス胚の形態形成運動における微小管の挙動の解析

团藻胚胎形态发生运动过程中微管行为的分析

• 批准号: 22570203
• 负责人: 西井 一郎
• 金额: $ 2.16万
• 依托单位: Nara Women's University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22570203/
• 关键词: 原腸形成; 大節形成; 胚葉形成; 形態形成運動; 藻類; 体節形成

単細胞生物から多細胞生物への進化(多細胞化)は動物・植物をはじめ、ほどんどの真核生物で見られるが、その進化の初期過程は明らかになっていない。ボルボックスおよび近縁種は多細胞化が最近になって起こったグループであり、分化、形態形成、卵生殖に関して段階的な進化が見られる希有なモデルである。なかでも、多細胞で構成されたシートが折り畳まれていく形態形成運動は、多細胞生物の形作りの最も重要な基礎過程の一つであり、私は、ボルボックスの胚発生で起こる形態形成運動をモデルとし、細胞の変形と移動がこの形態形成運動の原動力であることを示してきた。これまでに解析した変異遺伝子の中で注目すべきは、細胞骨格の微小管をレールとするモーター分子キネシンであった。そのため、本研究では、ボルボックスの微小管を可視化し、その局在と挙動を野生型と変異体で解析することを目的とした。本年度は、昨年度に引き続きGFPなどの蛍光タンパク質によって微小管がライブ観察可能な株の作成を検討した。ボルボックスのゲノムはGC含量が高く、他のモデル生物とはコドンの使用頻度が異なるため、他の種で用いられている遺伝子を発現させることは困難なので、ボルボックスのコドンに最適化するよう改変した。ボルボックスにおいてVenusが観察可能な株をすでに得ており、蛍光タンパク質が十分量発現した場合は、蛍光観察に関して問題がない。蛍光タンパク質遺伝子とtubulin遺伝子との融合遺伝子を作成し、発現を調べた。その際、αtubulin、βtubulinのいずれにするか、蛍光タンパク質を付加する位置、蛍光タンパク質との間に挟むスペーサーなど、考慮すべき点は多い。両tubulinに関して実験を行ったが可視化可能な株は得られておらず、前述のスペーサーに関して改善を加えた遺伝子を作成した。さらに、tubulin以外にも、微小管結合タンパク質に蛍光タンパク質を付加した遺伝子も作成した。また、本年度はボルボックスの近縁種プラチドリナの形態形成運動に関する論文を発表した。

在包括动物和植物在内的大多数真核生物中可以看到单细胞生物向多细胞生物（多细胞化）的演变，但是尚未阐明早期进化过程。 Volvox及相关物种是最近发生多细胞化的群体，是罕见的模型，具有分化，形态发生和卵巢菌扩散的逐渐进化。其中，多细胞板被折叠的形态学运动是多细胞生物的形态学运动中最重要的基本过程之一，我已经表明，细胞的变形和迁移是这种形态发生运动背后的驱动力，它在volvox的胚胎发育过程中发生了形态上的运动。到目前为止，在分析的突变基因中，最值得注意的是运动分子驱动蛋白，该运动蛋白由细胞骨架中的微管载体。因此，在这项研究中，我们旨在可视化Volboxes的微管，并分析其在野生型和突变体中的定位和行为。今年，我们考虑了使用荧光蛋白（例如GFP）实时观察微管的菌株的创建。由于Volbox的基因组具有很高的GC含量，而且密码子使用的频率与其他模型生物不同，因此很难表达其他物种中使用的基因，因此我们对其进行了修改以优化Volbox密码子。如果已经获得了在Volbox中观察到的金星的菌株，并且表达了足够量的荧光蛋白，则荧光观察没有问题。创建了荧光蛋白基因与微管蛋白基因之间的融合基因，并检查了表达。在这种情况下，有许多需要考虑的事情，例如是否使用αTubulin或βTubulin，添加荧光蛋白的位置，并且隔夹夹在荧光蛋白之间。在两个小管蛋白上进行了实验，但没有获得可见的菌株，并为上述隔离剂创建了改进的基因。除了小管素外，我们还创建了将荧光蛋白添加到微管结合蛋白中的基因。此外，今年，我们发表了一篇关于沃尔沃克斯（Volvox）近亲柏拉图那（Platidrina）形态发生运动的论文。

项目成果

Evolution of an expanded sex-determining locus in Volvox.

• DOI: 10.1126/science.1186222
• 发表时间: 2010-04-16
• 期刊: Science (New York, N.Y.)
• 作者: Ferris P;Olson BJ;De Hoff PL;Douglass S;Casero D;Prochnik S;Geng S;Rai R;Grimwood J;Schmutz J;Nishii I;Hamaji T;Nozaki H;Pellegrini M;Umen JG
• 通讯作者: Umen JG

Cell Shape change and cell migration turn embryos inside-out in morphgeneis of Volvox

细胞形状变化和细胞迁移使团藻形态发生中的胚胎由内而外转变

• 发表时间: 2010
• 作者: Nishii;I.
• 通讯作者: I.

Genomic analysis of organismal complexity in the multicellular green alga Volvox carteri.

• DOI: 10.1126/science.1188800
• 发表时间: 2010-07-09
• 期刊: Science (New York, N.Y.)
• 作者: Prochnik SE;Umen J;Nedelcu AM;Hallmann A;Miller SM;Nishii I;Ferris P;Kuo A;Mitros T;Fritz-Laylin LK;Hellsten U;Chapman J;Simakov O;Rensing SA;Terry A;Pangilinan J;Kapitonov V;Jurka J;Salamov A;Shapiro H;Schmutz J;Grimwood J;Lindquist E;Lucas S;Grigoriev IV;Schmitt R;Kirk D;Rokhsar DS
• 通讯作者: Rokhsar DS

ボルボックスのゲノム配列から見えてきた単細胞生物から多細胞生物への進化機構

Volvox基因组序列揭示从单细胞生物到多细胞生物的进化机制

• 发表时间: 2010
• 作者: Sawada K;Funakawa S;Kosaki T;西井一郎
• 通讯作者: 西井一郎

Volcox simple steps to developmental complexity? Review. PMID : 21075047

Volcox 通过简单步骤实现发育复杂性？

• 发表时间: 2010
• 期刊: Current Opinion in Plant Biology
• 影响因子: 9.5
• 作者: Miyazaki A;Ishii K;Yamashita S,Nejigane S;Matsukawa S;Ito Y;Onuma Y;Asashima M;Michiue T.;美濃川拓哉;Miki Takeuchi;Nishii I.Miller SM.
• 通讯作者: Nishii I.Miller SM.