前回に引き続き、2019年度の14号目のネイチャーのハイライトより。
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生態学：サンゴと広く共生しているアピコンプレクサは進化の過渡期にある
Nature 568, 7750
2019年4月4日
アピコンプレクサ類は細胞内絶対寄生生物だが、自由生活性の光栄養生物から進化してきた。しかし、寄生生物への移行がどのようにして起こったのかは分かっていない。今回W Kwongたちは、サンゴ組織に共生する微生物としては2番目に多く、世界のサンゴの80％以上で見られるアピコンプレクサの一系統を明らかにし、「corallicolid」と命名した。corallicolidの色素体のゲノム塩基配列には、クロロフィル生合成に関わる遺伝子は保持されているにもかかわらず、光化学系をコードする遺伝子群は失われている。つまりこの色素体は光合成は行えない。クロロフィルについてこれまでに知られている唯一の生物学的役割は光合成（それには光化学系が必要）である。従ってこの結果は、アピコンプレクサであるcorallicolid類は進化上の中間体であり、クロロフィルがこれまで知られていなかった生化学的役割を果たしている可能性を強く示唆している。
NEWS & VIEWS p.41
LETTER p.103
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Credit: Austin Simcoe / EyeEm / Getty Images
この論文はネイチャーのニュースにも取り上げられました。
日本語版本誌においては、「生態学：サンゴの共生には3種が関係している」と題されています。
見出しにおいては、「DNA解析と顕微鏡観察によって、サンゴを形成している第3の共生生物が明らかになった。この知見によって、多くの生態系を支えている共生関係の機能と進化の複雑さが浮き彫りになった。」と取り上げられました。
フルテキストを直訳済ますと・・・
サンゴの共生は3人用のゲームです
となります。
見出しを直訳しますと・・・
DNA分析と顕微鏡検査により、サンゴを形成する共生の3番目の生物が明らかになります。この発見は、多くの生態系をサポートする共生関係の機能的および進化的な複雑さを強調しています。
となります。
本文を直訳しますと・・・
共生は一見簡単に定義できます。2つ以上の生物が長期的に共存しています。花虫綱の動物とシンビオディニウムと呼ばれる微生物藻類とのパートナーシップであるサンゴは、共生の典型的なモデルです。花虫類は藻類の生息地であり、光合成を利用して糖を生成し、「家賃」として動物に与えます[1]。これらの安定した生産性の高い2人の共生は、海洋生態系を形作る巨大なサンゴ礁を構築します。自然の中で書いているKwonget al.[2]は、協会の3番目のプレーヤーを特定することにより、サンゴの共生のこの単純なバイナリモデルに挑戦しています。
微生物は、定義上、小さいため、分離、成長、研究が困難です。微生物の多様性の広大さは、分子生物学の技術をフィールドに適用した後、過去20年間でのみ認識されてきました[3]。新たに発見された微生物群の大部分は、生命の「既知の」多様性を大幅に上回っている不可解な系統であり[4]、データベースに保存されているDNA配列としてのみ認識されます。私たちは、これらの微生物がどのように見えるか、それらの細胞がどのように機能するか、またはそれらが生態系で何をするかについてほとんど知りません。したがって、課題は、これらの微生物を識別するDNA配列を物理的な細胞にマッピングし、そのような生物の生物学を明らかにすることです。これは簡単な作業ではありません。
ARL-V（アピコンプレックス門関連系統-V）とタイプ-Nと呼ばれる2つのそのようなタイプのミステリーDNA配列は、サンゴの生態系からのサンプルで一貫して発見されています[5]。 ARL-VおよびタイプNDNAを含む生物が既知の微生物とどのように関連しているかをマッピングする系統樹は、これらの生物がアピコンプレックス門に属していることを示唆しています。このグループには、マラリアの原因となるマラリア原虫などの陸生動物に感染する寄生虫が含まれているため、これらの配列が表す微生物の起源と進化についてさらに理解することは非常に興味深いことです。
多くのアピコンプレックス門の寄生虫は暗闇の中で生きていますが、それらは光合成に必要な植物や藻類の細胞に見られるDNA含有構造であるプラスチド[6]の痕跡を含んでいます。アピコンプレックス門における色素体の進化的起源はよくわかっていません。アピコンプレックス門の色素体は非光合成ですが、光合成色素体の光処理経路と並んで見られるいくつかの生化学的経路を保持しています。これらの経路の多くは、抗マラリア薬の潜在的な標的です。アピコンプレックス門の光合成の近縁種も海洋環境で発見されています[7]。しかし、ARL-VとタイプN DNAを含むとらえどころのない微生物は、この図にどのように適合し、サンゴの生態系とアピコンプレックス門の進化の歴史について何を教えてくれるでしょうか。
Kwongらは、ARL-V / type-N DNAシグネチャーとサンゴおよび関連種との明らかな関連性に興味をそそられました（図1）。彼らは、62の野生種と水族館の種からのDNAサンプルをスクリーニングして、N型の特徴が存在するかどうかを調べ、種の70％がN型陽性であることを発見しました。 Kwongらは、蛍光標識されたDNAプローブを使用して、花虫類の胃腔細胞内にある細胞にN型とARL-VのDNA分子が共存していることを観察しました。サンゴにおけるARL-V / type-N細胞の局在のこのパターンは、Symbiodinium藻類のそれとは異なり、新たに同定されたシンビオントが花虫類との解剖学的に別個の相互作用に関与していることを示しています。電子顕微鏡は、ARL-V /タイプN細胞がアピコンプレックス門細胞に典型的な多くの特徴を持っていることを示しました。著者らは、この生物を非公式に「corallicolids」と名付けました。
Kwongらは、次に、いくつかの遺伝子マーカーを使用して、生命の木におけるサンゴの位置を調査しました。これにより、独特の進化的配置が明らかになりました。珊瑚類は、以前に同定された海洋アピコンプレックス門よりも陸生と密接に関連しています。この発見は、著者に珊瑚の色素体の全ゲノムを配列決定するように促し、それは別の驚きにつながりました。corallicolidsは、光からエネルギーを吸収して光合成を可能にする色素であるクロロフィルを合成する分子をコードする遺伝子を保持しています。しかし、彼らは光合成を行う光システムのタンパク質をコードする色素体遺伝子を失っています。
Kwongらは、次に、いくつかの遺伝子マーカーを使用して、生命の木におけるサンゴの位置を調査しました。これにより、独特の進化的配置が明らかになりました。珊瑚類は、以前に同定された海洋アピコンプレックス門よりも陸生と密接に関連しています。この発見は、著者に珊瑚の色素体の全ゲノムを配列決定するように促し、それは別の驚きにつながりました。corallicolidsは、光からエネルギーを吸収して光合成を可能にする色素であるクロロフィルを合成する分子をコードする遺伝子を保持しています。しかし、彼らは光合成を行う光システムのタンパク質をコードする色素体遺伝子を失っています。
corallicolidsは、光システムの通常の出口がない場合、光によるクロロフィルの励起に起因する有毒な化学的影響をどのように回避できるでしょうか？考えられる説明は2つあり、どちらも興味をそそる可能性は低いです。すべての既知の光合成真核生物（核内にDNAを運ぶ種）の状況とは対照的に、サンゴの光合成タンパク質をコードする遺伝子は、色素体ゲノムの一部ではなく、核ゲノムの一部である可能性があります。合成後、これらのタンパク質は色素体に輸送されます。あるいは、珊瑚類は、光システムに関連しないクロロフィルを含む独特の生化学的経路を持っているかもしれません。
共生という用語は、多くの場合、相利共生と同義で使用されます。これは、すべてのパートナーが恩恵を受ける関係です。これは、これらの相互作用の動的な性質の多くを曖昧にする用語の誤用です[8]。Kwongと同僚による報告は、2人のプレーヤーの相利共生の古典的なモデルが最初に説明されたよりも複雑であることが判明した最初のケースではありません。共生のもう1つの典型的なモデルである多くの地衣類は、1つの真菌と1つの藻だけでなく、3つまたは4つの進化的に安定したパートナーで構成されています[9,10]。
これらの関連付けに追加のシンビオントが存在するのはなぜでしょう？その答えは、共生生物の栄養的性質に関連していると思われます。サンゴと地衣類の両方で、生物は炭素化合物を合成し、住居やその他の利益と引き換えにそれらを別の生物に漏らします。さらなる生物が、漏出した化合物またはより大きな生物がより小さな生物を収容する意欲のいずれかを利用する可能性があることは驚くべきことではないようです。搾取の過程で、これらの新しいプレーヤーは、共生に新しい有益な機能をもたらす可能性があります。
現在の課題は、サンゴ、地衣類、その他の多くの共生における追加の当事者の役割を特定し、新しい証拠に照らして、より有名なパートナーの役割を再考することです。追加のプレーヤーは共生で病気を引き起こすでしょうか？微生物と病気の間の因果関係を確立するコッホの仮定[11]の正式なテストには、細胞培養が必要です。これらは、サンゴと地衣類に関連する真菌には利用できないため、病気との潜在的な関連性を判断することは困難です。新しいプレーヤーは、共生のためにいくつかの重要な栄養[12]または保護サービスを提供しているでしょうか？彼らはポリシング機能を実行し、コミュニティの安定性を確保していますか？
これらの共生で特定された追加のプレーヤーの多くが複数の動的な役割を持っていたとしても、驚くことではありません。この謎を解くことは挑戦ですが、生物がどのようにお互いを認識し、複雑な社会的文脈で相互作用するか、そしてどのような相互作用が最終的に多くの生態系が依存する共生を構築するかについて多くを教えてくれるはずです。
となります。
フルテキストは下記です。
Full Text：NEWS & VIEWS p.41
Coral symbiosis is a three-player game
本論文においては、日本語版本誌では、「生態学：クロロフィル生合成遺伝子を持ち、広範に存在するサンゴ感染性アピコンプレクサ」と題されています。
フルテキストを直訳しますと・・・
クロロフィル生合成遺伝子を持つ広範囲のサンゴに感染するアピコンプレックス門
となり、Abstractを直訳しますと・・・
アピコンプレックス門は、マラリアやトキソプラズマ症などの人間の病気の原因物質を含む、義務的な細胞内寄生虫のグループです。アピコンプレックス門は自由生活の光合成生物の祖先から進化したが、この寄生への移行がどのように起こったかは不明である。潜在的な手がかりの1つはサンゴ礁にあり、その環境DNA調査により、特徴のない基本的に分岐するapicomplexansのいくつかの系統が明らかになりました[1,2]。造礁サンゴは、光合成渦鞭毛藻（Symbiodinium[3]など）とよく研究された共生関係にありますが、サンゴの他の主要な微生物共生生物の特定は困難であることが証明されています[4,5]。ここでは、コミュニティ調査、ゲノミクス、顕微鏡分析を使用して、すべての主要なサンゴグループで高い有病率（サンプルの80％以上、属の70％）で見つかったアピコンプレックス門の系統（非公式に「corallicolids」と名付けています）を特定します。 Corallicolidsは、Symbiodiniaceaeに次いで2番目に豊富なサンゴ関連微小真核生物であり、したがって、サンゴマイクロバイオームのコアメンバーです。その場での蛍光および電子顕微鏡検査により、サンゴの胃腔の組織内でサンゴが細胞内に生息し、アピコンプレックス門の超微細構造の特徴を持っていることが確認されました。私たちは、光システムタンパク質のすべての遺伝子を欠いている珊瑚色素体のゲノムを配列決定しました。これは、珊瑚がおそらく非光合成色素体（apicoplast[6]）を含んでいることを示しています。ただし、サンゴの色素体は、クロロフィル生合成に関与する4つの祖先遺伝子を保持しているため、他のすべての既知のアピコプラストとは異なります。したがって、コラリコリドは、寄生虫と自由生活の親戚の両方と特徴を共有します。これは、それらが進化の中間体であり、光合成から寄生への移行中に独特の生化学が存在することを示唆しています。
となります。
フルテキストは下記です。詳細が必要な方はご購入をお願いいたします。
Full Text：LETTER p.103
A widespread coral-infecting apicomplexan with chlorophyll biosynthesis genes
Data availabilityによりますと・・・
以下はGenBankに寄託されています：Rhodactissp。 wkC1ミトコンドリアゲノム（アクセッション番号MH320096）; Rhodactissp。からのcorallicolid18S、5.8Sおよび28SrRNA遺伝子。 wkC1（MH304760、MH304761）、Orbicellasp。 TRC（MH304758）およびCyphastreasp。 2（MH304759）; Rhodactissp。からのcorallicolidミトコンドリアゲノムwkC1（MH320093）、Orbicellasp。 8CC（MH320094）およびCyphastreasp。 2（MH320095）; Rhodactissp。からの珊瑚色素体色素体ゲノム。 wkC1（MH304845）。
18SrRNAおよび16SrRNA遺伝子アンプリコンリードはNCBIシーケンスリードアーカイブ（PRJNA482746）に寄託されています。
究極に溜まりに溜まっているネイチャー。次回は、「構造生物学：明らかになったアミノ酸輸送体LAT1の構造」を取り上げます。
※主治医の指示に従っておりますが、なかなか体がついていけずです(´;ω;｀) 巡回等ブログ活動が大変遅れております。申し訳ございません。
※10月は稲刈りシーズンとなるので、通院しながらなので、多忙となりさらに遅れる可能性がございます。コロナ対策で少人数でとなるようなので、どうなることやら・・・。
