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プレスリリース概要

2016.05.10

藻類の「眼」が正しく光を察知する機能を解明 -「眼」の色は細胞のレンズ効果を防ぐために必要だった-

東京工業大学

法政大学

基礎生物学研究所

【要点】

○単細胞緑藻のクラミドモナスの眼点色素を欠失した新しい突然変異株が、野生株と逆方向の走光性を示すことを発見

○眼点色素を失った変異株は、細胞が「凸レンズ」として振る舞って光を集光するため、レンズ効果により光源方向を「勘違い」することを実証

◯藻類は細胞のレンズ効果に打ち勝って正しい光源方向を察知するために、光受容体の周辺に色素を濃縮・配列させたと考えられる

 

 東京工業大学 科学技術創成研究院 化学生命科学研究所の植木紀子研究員、井手隆広研究員(現・理研CDB研究員)、若林憲一准教授らの研究グループは、単細胞緑藻クラミドモナスが示す走光性(照射される光に反応して生物が移動する性質、用語1)の正と負が、眼点への色素集積を失った突然変異株では入れ替わることを発見した。

 クラミドモナスは鞭毛(用語2)を使って水中を泳ぐ生物で、細胞の光反応行動の実験材料としてよく用いられる。クラミドモナス野生株のゲノムに対しランダム変異導入を行って、「野生株と逆の走光性を示す突然変異株」を単離した。次世代シーケンサーなどによって、逆の走光性を示す原因となる遺伝子を同定したところ、カロテノイド色素の生合成に関わる酵素に変異が入っていたことを突き止めた。

 この色素は光受容体付近に存在し、これまでは細胞の光受容の指向性を高めるために存在すると考えられてきた。しかし色素を失った細胞がなぜ逆方向に泳ぐのか検証したところ、細胞が凸レンズの役割を果たして集光し、光源が光受容体の反対側にあるときのほうが光を強く感じていることを示す結果が得られた。

 細胞レンズ効果は、透明な細胞ではその存在が知られていたが、緑色のクラミドモナスにおいてもはっきりとしたレンズ効果を持つことがわかった。

 これらの結果から藻類は、自らの細胞が持つレンズ効果に打ち勝って正しい光源方向を察知するために、光受容体周辺にカロテノイド色素を濃縮・配列させたと考えられる。

 この成果は、東京工業大学 科学技術創成研究院 化学生命科学研究所の久堀徹教授、田中寛教授、法政大学の廣野雅文教授、基礎生物学研究所の皆川純教授、重信秀治特任准教授らのグループとの共同研究によるもので、米国科学アカデミー紀要(PNAS)オンライン版に4月27日(米国東部時間)に掲載された。