自然科学研究機構 基礎生物学研究所
東京大学大学院理学系研究科
群馬大学
植物の受精といえば、花粉からのびた花粉管を介して精細胞が卵へと運ばれる様子をイメージされる方も多いでしょう。しかしコケ植物やシダ植物のように、泳いで卵を目指す精子を作る植物も存在します。コケ植物の精子は細長い螺旋形の細胞体の頭部から二本の鞭毛が生えた構造をもち、この鞭毛を動かして推進力を生み出します。この精子をつくる過程で、大がかりなオルガネラ（細胞小器官）の変化が起こります。中でもエネルギー産生やさまざまな代謝の場であるミトコンドリアは、精細胞から精子へと変化する精子変態の過程でその数や形が大きく変化することが知られていました。コケ植物はふだん細胞内に多数のミトコンドリアを持ちますが、精子が完成した時のミトコンドリアの数は2個と決まっており、精子の頭部と尾部に一つずつ配置されています。しかしこの特徴的な精子のミトコンドリア配置が、どのような仕組みででき上がるのかは分かっていませんでした。
基礎生物学研究所 細胞動態研究部門の法月拓也研究員（現・群馬大学生体調節研究所 日本学術振興会特別研究員PD）、南野尚紀特任助教、上田貴志教授らと、東京大学大学院理学系研究科の塚谷裕一教授、群馬大学生体調節研究所の佐藤美由紀教授で構成される研究グループは、苔類ゼニゴケの精子変態の過程を調べることで、精子変態の初期にミトコンドリアが分裂とそれに続くオートファジー（自食作用）による分解を受けて一旦1個まで数を減らし、その後分裂によって2個になることを発見しました。そのオートファジーはミトコンドリア以外のオルガネラや細胞質の分解にも関わっていましたが、ミトコンドリアは他のオルガネラとまとめて分解されるのではなく、異なる時期に別の制御を受けて分解されることも分かりました。哺乳類などの動物の精子変態過程では、不要なオルガネラや細胞質は、隣接する細胞が取りこんで分解することで除去されます。しかし細胞壁に囲まれた植物細胞では、動物と同じような方法で精子変態を行うことはできません。本研究により、コケ植物の精子変態におけるオルガネラ再編成のユニークな仕組みが明らかになりました。本研究成果は、日本時間2022年6月15日午前0時に米国の科学雑誌Cell Reportsに掲載されます。
図：コケ植物の精子変態過程におけるミトコンドリアの変化の模式図
