研究経過

公募研究班・静岡大学農学部の齋藤貴子 助教、福島県立医科大学の井上直和 主任教授、和田郁夫 名誉教授の研究グループは、共焦点顕微鏡や走査型電子顕微鏡を用いた様々なイメージング技術を駆使し、さらに多数の遺伝子改変マウスや培養細胞を活用して、精子と卵子の接着の瞬間から融合までの仕組みを解き明かしました。
本研究では、精子が卵子に接着すると卵子の微絨毛が精子頭部に集合してラメリポディア様の「Oocyte tentacle」を形成することを発見しました。
さらに、複数の融合因子が協調して卵子が精子を食べるかのような「SEAL」 を惹起し、受精が成立することを示しました。
また、SEAL形成後にはJUNOが消失し、多精子受精を防いでいることも示唆されました。

なお、本研究成果は、2025年4月22日に、Cell Pressの発行する国際雑誌「Cell Reports」に掲載されました。また、本論文は掲載号の表紙に採用されました。

　

　

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【論文情報】

掲載誌名：Cell Reports

論文タイトル：Noncanonical phagocytosis-like SEAL establishes mammalian fertilization

著者：Naokazu Inoue, Takako Saito, Ikuo Wada

DOI：10.1016/j.celrep.2025.115463

公募研究班の元村一基准教授（立命館大学）が令和７年度科学技術分野の文部科学大臣表彰「若手科学者賞」を受賞し、令和７年４月15日に授賞式が執り行われました。

おめでとうございます！

　

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公募研究班の安居佑季子 京都大学 准教授、下川瑛太 同博士課程学生、田中知葉 同修士課程学生（研究当時）、梅谷結佳 同修士課程学生、川村昇吾 同博士課程学生（研究当時）、河内孝之 同教授らの研究グループは、Péter Szövényi スイス・チューリッヒ大学（University of Zurich）博士、嶋村正樹 広島大学准教授、山口勝司 基礎生物学研究所主任技術員、重信秀治 同教授、大和勝幸 近畿大学教授らの研究グループとの共同研究により、半数体世代で性を決定するコケ植物の性染色体が、雌雄異株から雌雄同株へと進化する過程においてどのような運命を辿るのかについて、共通する進化の道筋を明らかにしました。

　有性生殖は生物にとって普遍的な繁殖システムですが、その基盤となる性決定は非常に多様です。ヒトを含め、性染色体を持つ生物はメスとオスが別個体として存在する雌雄異体ですが、性染色体を持たず1つの個体中にメス機能とオス機能の両方を合わせ持つ雌雄同体の生物も存在しています。雌雄異株から雌雄同株への進化の過程で性染色体を含む染色体がどのような運命を辿るかは多くが未解明の状態でした。今回、コケ植物苔（タイ）類の雌雄同株アカゼニゴケのゲノムを解読し、比較ゲノム解析を行うことで、アカゼニゴケは祖先が持っていたオスの性染色体由来の染色体を保持する一方で、必須の遺伝子を他の染色体へ移した後にメスの性染色体を消失していることを明らかにしました。さらに、既に報告があった別の雌雄同株のタイ類のゲノムとの比較から、これらの進化は偶然に起きたことではなく、タイ類の性染色体として運命付けられていたことが示唆されました。

　本研究成果は、2025年4月2日に、国際学術誌「Cell Reports」に掲載されました。

タイ類の雌雄異株から雌雄同株への進化の過程で起きた染色体再編成

　

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雌雄異株から雌雄同株への進化に伴う性染色体の運命とは―コケ植物の有性生殖システム転換における染色体再編成の解明―PDF

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【DOI】
https://doi.org/10.1016/j.celrep.2025.115503

【KURENAIアクセスURL】
http://hdl.handle.net/2433/293079

【書誌情報】
Giacomo Potente, Yukiko Yasui, Eita Shimokawa, Jerry Jenkins, Rachel N. Walstead, Jane Grimwood, Jeremy Schmutz, Jim Leebens-Mack, Tomas Bruna, Navneet Kaur, Raymond Lee, Sumaira Zama, Tomoha Tanaka, Yuka Umeya, Shogo Kawamura, Katsuyuki T. Yamato, Katsushi Yamaguchi, Shuji Shigenobu, Masaki Shimamura, Takayuki Kohchi, Péter Szövényi (2025). Insights into convergent evolution of cosexuality in liverworts from the Marchantia quadrata genome. Cell Reports, 44, 4, 115503.

当領域の計画研究・榊原班の金沢大学理工研究域生命理工学系の小藤累美子助教らの研究グループは、植物が陸上へ進出する鍵となった、生殖細胞を保護する器官が、バクテリア由来の遺伝子によって作られていることを発見しました。植物は、動物と同じように精子と卵を作って生殖します。現在、陸上は植物で覆われていますが、約 5 億年前には、植物は海や湖などの水中でしか生きられませんでした。 植物の陸上進出を可能にしたのは、体の中に水を行き渡らせる器官（葉脈などの水通導 器官）と、卵や精子を乾燥から保護する器官の進化だったと考えられてきました。しか し、どのような遺伝子の変化によってこれらの器官が進化したのかは分かっていませんでした。本研究グループは、一昨年、GRAS転写因子と呼ばれるバクテリア由来の遺伝子が、水通導器官の形成を担っていることを発表しました（石川ら 2023 米国科学アカデミー紀要）。さらに研究を進めた結果、今回、卵や精子を保護する器官も同じ遺伝子によって作られることを発見しました。この結果、植物の陸上化に必要だった三つの主要な器官が、すべてバクテリア由来の遺伝子によって進化したことが明らかになりました。本研究の知見は、植物の陸上化のような、生物の大きな進化には、異なった生物からの遺伝子の移入が重要な役割を果たし得ることを示しています。このことは、遺伝子が少しずつ変化して進化が進むという、従来の進化メカニズムに新たな視点を加えるものです。

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＜発表論文＞

雑誌　New Phytologist

題名　Physcomitrium LATERAL SUPPRESSOR genes promote formative cell divisions to produce germ cell lineages in both male and female gametangia （ヒメツリガネゴケの LATERAL SUPPRESSOR 遺伝子は雄雌両方の配偶子嚢で形成分裂を促進し生殖細胞系列を生成する）

著者：Yuta Horiuchi, Naoyuki Umakawa, Rina Otani, Yousuke Tamada, Ken Kosetsu, Yuji Hiwatashi, Rena Wakisaka, Saiko Yoshida, Takashi Murata, Mitsuyasu Hasebe, Masaki Ishikawa, Rumiko Kofuji

DOI：10.1111/nph.20372

URL：http://doi.org/10.1111/nph.20372

当領域の計画研究班・奈良先端科学技術大学院大学の伊藤寿朗教授、白川一助教らの論文"Co-option and neofunctionalization of stomatal executors for defence against herbivores in Brassicales"がNature Plants 誌に掲載されました。詳しくは下記よりご覧ください。

Nature Plants
https://www.nature.com/articles/s41477-025-01921-1

オープンアクセス
https://rdcu.be/ea16E

News and Views （解説記事）
Finding factors that enforce the multifaceted functions of FAMA
https://www.nature.com/articles/s41477-024-01890-x

プレスリリース
アブラナ目の生体防御を担う細胞の形成に気孔形成因子が転用されていた
～植物の特殊な機能を持つ細胞への進化の謎解明へ～
野菜の味の改変や二酸化炭素吸収能を高めた作物の開発に期待
http://www.naist.jp/pressrelease/250221.pdf