緑藻で見出されたメス・オスを決めるしくみ―タンパク質の組み合わせがメス・オスを作る―

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 「性」は生物学の最大の謎の一つです。緑藻(ボルボックス類)の性決定遺伝子スイッチ(転写因子)として、MID (MInus Dominance)が知られてきました。緑藻の性の原型はメスですが、MIDが機能するとオスへの分化が引き起こされます。しかしその制御機構の詳細は、これまで全く分かっていませんでした。

 浜地貴志 理学研究科特定研究員(研究当時)と西村芳樹 同助教は、耿颯 米国・ドナルド・ダンフォース植物科学センター博士、ジム・ユーメン 同博士との国際共同研究により、「雌雄決定に関与する鍵タンパク質」を発見し、この新たな転写因子を「Volvocine Sex Regulator (VSR) 1:ボルボックス類の性制御因子1」と名付けました。

 まずVSR1が破壊された場合、多細胞のボルボックスと単細胞のクラミドモナスのいずれにおいても、オスもメスも有性生殖ができなくなりました。次にVSR1タンパク質はVSR1-VSR1結合しますが、MIDが加わるとVSR1-MID結合が形成することが明らかになりました。そして緑藻細胞内で、VSR1-VSR1が形成されればメスになり、VSR1-MIDが形成されればオスになるという、性決定を担う非常にシンプルな遺伝子スイッチが明らかになってきました。

 本研究成果は、2023年7月12日に、国際学術誌「米国科学アカデミー紀要」にオンライン掲載されました。

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ボルボックスの性の原型であるメスではVSR1がホモ二量体をとることでメス遺伝子の制御領域に結合し機能ONにする一方で、MIDのあるオスではMIDとVSR1がヘテロ二量体をとりオス遺伝子をONにする。
研究者のコメント

「ボルボックス類の有性生殖研究では、1990年代に米国のグループが目覚ましい展開を進める中で、いくつかの重要な『問題』が提起されていながら、30年近く未解明のままでした。それが、実は2020年以来のコロナ禍のかげで、立て続けに進展がみられていました。今回私達が発表した研究もその一端と言えます。これはその間にあった、クラミドモナスとボルボックスの全ゲノム配列の解読、米国のグループによるクラミドモナス突然変異体網羅的ライブラリの構築、そしてCRISPR/Cas9システムを利用したゲノム編集の応用が進んだことが背景にあります。そうした蓄積を積み重ねた先人に感謝します。」(浜地貴志)

研究者情報