北方生物圏フィールド科学センター 室蘭臨海実験所（旧理学部附属海藻研究施 設） 地球岬 北方生物圏フィールド科学センター室蘭臨海実験所 1933年（昭和8年）に我が国唯一の海藻類の研究教育施設 「海藻研究施設」として創設。創設以来、海藻類の培養技術 の開発・改良、それを基本にした発生と生活史についての形 態学的研究、栄養生理学的研究、及び有用海藻の水産増養殖 に関して基礎的研究が進められてきた。2001年（平成13年） に北方生物圏フィールド科学センター室蘭臨海実験所となる。 現在の研究テーマ ・藻類を材料とした有性生殖の細胞生物学的、分子生物学的解析 ・藻類細胞をモデルとした紡錘体形成機構の解析 ・不等毛藻類の鞭毛機能分化の細胞生物学的解析 ・日本産コンブ目植物の種分化と系統に関する研究 ・多核藻類における核とオルガネラの協調的関係の維持機構 噴火湾突端の室蘭半島に位置する実験所の前浜は、 千島寒流と津軽暖流の影響による豊富な海藻植生。 21世紀COEプログラム 海洋生命統御による食糧生産の革新 本村・長里 機能解析（藻類）担当 海藻の生活環制御に関する細胞生物学的解析 生殖細胞の形成プロセスとその機構解明 褐藻類 コンブ、ワカメ、マツモ、モズク、ヒジキ、ヒバマタ QuickTimeý Dz ÉtÉHÉg - JPEG êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ Ç™Ç±ÇÃÉsÉNÉ`ÉÉǾå©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ-Ç ÅB etc. 褐藻植物 (Phaeophyceae) 約３００属、２０００種 １.褐藻類は多細胞でほとんどが海産である。 ２.葉緑体はクロロフィルa, cの他にフコキサンチンとカロテノイド色素を含む ため、葉緑体は褐色を呈する。 ３.葉緑体は４重膜（葉緑体包膜と葉緑体ER)で囲まれており、葉緑体ERは部分的 に核膜と連結している。 ４.光合成の貯蔵物質はβ１、３結合によるグルカンが主体のラミナランである。 ５.細胞壁はセルロース、アルギン酸、硫酸多糖のフコイダンを含む。 ６.遊泳細胞は長短２本の鞭毛を有し、前鞭毛にはマスチゴネマという細かい毛 が付着している。 ７.鞭毛遷移部分 (flagellar transition region) にはtransitional helix と 呼ばれる構造を欠いている。 コンブ目の生活史 ♀ 胞子体 (2N) 受精 ♂ 配偶体 (N) 海藻類の受精と細胞分裂機構の解析 褐藻植物 オルガネラ細胞質遺伝 紡錘体形成 細胞質分裂 褐藻植物の３つの有性生殖様式 Anisogamy Isogamy QuickTimeý Dz H.263 êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ Ç™Ç±ÇÃÉsÉNÉ`ÉÉǾå©ÇÈǞǽDžÇÕïKóvÇ-Ç Å ♀ ♂ ♀ ♂ Oogamy QuickTimeý Dz H.263 êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ Ç™Ç±ÇÃÉsÉNÉ`ÉÉǾå©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ-Ç ÅB Egg Sperm コンブの受精 （原始的な卵生殖） コンブの卵は機能的にも 構造的にも退化した鞭毛 を有することから原始的 な卵生殖と考えられる。 精子由来ミトコンドリアの消化 精子由来葉緑体の消化 卵由来のセントリオールは、受精後に消失する。つまり、コンブの体細 胞に見られるセントリオールは精子由来。 褐藻植物受精におけるセントリオールの由来 ♀ Oogamy Anisogamy Isogamy ♂ ♀ ♂ Egg Sperm 紡錘体極に存在する セントリオールの由 来は？ and/or ♀ ♂ セントリオール標識マーカー セントリン： 単細胞緑藻の鞭毛基部から単離された20kDa のカルシウム結合タンパク質。 多くの真核細胞のセントリオールに存在し、セントリオールの複製、鞭毛 運動に関わると言われている。 AF AB PB blue; DAPI, green ; β-tub, red; centrin 他の生物のセントリンとのアミノ酸比較 EF-hand I EF-hand II SlCen ········MASASKR G G AKSKKFELTEE Q K Q EIREAFDLFDTD GS GTIDA KELKV A M R AL GFEPKKEEIKK MISDIDKD G S GTIDFQEFL 82 OdCen ·········MASKKQ A G AK GKKFELTEE Q K Q EIREAFDLFDTD GS GTIDA KELKV A M R AL GFEPKKEEIKK MISDIDKD G S GTIDFSEFL 81 SdCen ····MSYRKAASAR R DKAKTRSA GLTEEQ K Q EIREAFDLFDTD GSGTIDAKELKVA M R AL GFEPK KEEIKKMIADIDKD G S GTIDFEEFL 86 DsCen ···MSYRKTVVSAR R D Q KKG R V G GLTEE Q K Q EIREAFDLFDTD GSGTIDAKELKVA M R AL GFEPK KEEIKKMIADIDKA G S GTIDFEEFL 87 CrCen ···MSYKAKTVVSAR R D Q K K G RV GLTEE Q K Q EIREAFDLFDTD GSGTIDAKELKVA M R AL GFEPK KEEIKKMISEIDKD G S GTIDFEEFL 87 MvCen ··MSNFRK G V GT G R R DKNK G RA Q GLSEE Q K Q EIREAFDLFDTDG S GTIDAKELKVA M R ALGFEPK KEEIK K MIADIDKD G S GTIDFEDFL 88 AtCen ·····MSSIYRTVSRKEKPR R H H GLTT QKK Q EIKEAFELFDTD GS GTIDAKELNVA M R AL GFE M TEE QINK MIADV D K D G S G AIDFDEFV 85 XlCen MASNYKKPSLG VTT Q RKKPVPKTELTEE Q K Q EIREAFDLFDTD GTGTIDVKELKVA M R AL GFEPK KEEIKKMIADIDKE G TGKIAFSDFM 90 EF-hand III EF-hand IV HsCen1 M A S GFKKPSAAST GM Q SEKDS K RKVAPKPELTED Q K Q EVRE AFDLFDVD S GTIDAKELKV M R A LGFEPR KD K GMISEVDRE GT GKISFN DFL 90 SlCen EM M TS K REEILKAFRLFD D DETG KISFRNLKGRV A KEL G EN MTADEELQ E MIDEAKEEM DRD G EINEEEFLRIMK KTSLY· · 164 HsCen2 OdCen E M M TA K M S ER DS REEILK AFRLFD D DET G KISFRNLK RV A KELGE N MT DEEL QE MIDEAD R D G D G EISEDEFLRIMKKTSLY·· 163 (93%) M A S NFKKAN M ASSS Q R KRMMGSPKPELTEE Q EIRE AFDLFDAD GT GTIDVKELKV MN R MT A LGFEPK KEEIKK MISEIDKE GK M NFG DFL 90 ·168 (85%) SdCen QM MTAK E R DS REEIMQKKAF RLFDD DET G KISFKNLK RV A K EL A GE D EEL QE MIDEA D R D G D G EGT VNEEEFFRIM K KTSLF· HsCen3 DsCen Q M M TS K M G ER DS REEILK AFKLFD D D NT GFITLKNLKRV A KELG E NLTDEELQ E MIDEA D R N G D G Q E DEDEFYRIMK K TSLF·· 169 (78 %) ···MSLALRSELVVDKTKRKKR K Q EIKDAFELFDTDK DEAIDYHELKVA M R AL GFD KA DVLKILKDYD REATG KITFEDFN 87 CrCen TM M TA K M G E R DSRELSEEQ REEILKAFRLFD D D NS GTITIKDLR RV A KEL G ENLTEEEL Q EVK MIAEAD R N D D NEIDEDEFIRIMK KTSLF· · 169 (78%) ScCdc31 · · · · · · · ·MSKNRSSLQS GPLNSELLEE Q K Q EIYEAFSLFD M N N D GFLDYHELKVA M K AL GFELPK REILDLIDEYDSE G R HLM K Y·D170 DFY MvCen Q M M TTK M G ER DSKEEIMK AFRLFD D DET G KISFKNLK RV A KELGE N MT DEEL QE MIDEAD R D G D G EENEEEFYRIMK KTSLF· (82%) 82 AtCen HM M TA K M G E R DTKEELTKAF QIIDLDKNG KISPDDIKR M A K DL GENFTDAEIREM V EE A D R D G R G EV NE D EF M R M M R R TAY G G N 169 (59%) XlCen CA MT Q K M AEKDSKEEIMKAFRLFD D DETG KISFKNLK RV A KEL G ENLTDEEL Q E MIDEA D R D G D G EV NE Q EFLRIMK KTSLF·· 172 (78%) HsCen1 AVMT Q K M SEKDTKEEILK AFRLFD D DET G KISFKNLK RV A NELGE NLTDEELQE MIDEA D R D G D G EV N EEEFLRIMKKTSLY·· 172 (77%) HsCen2 TV MT Q K M S EKDTKEEILK AFKLFD D D ET G KISFKNLKRV A KELG E NLTDEELQ E MIDEA D R D G D G EVSEQ EFLRIMK K TSLY·· 172 (78 %) HsCen3 EVVTD WILER DP HEEILK AFKLFD D D DS G KISLRNLRRV A RELG E N M S DEELRA MIEEFDKD G D G EINQEEFIAIMTG D I····167 (57%) ScCdc31 IVM GE KILKR DPLDEIKRAF QLFD D D HT G KISIKNLR RV A KEL G ETLTDEELRA MIEEFDLDG D G EINENEFIAICTDS···· 161 (52%) SlCen, Scytosiphon lomentaria centrin; OdCen, Ochromonas danica centrin; SdCen, Scherffelia dubia centrin; DsCen, Dunaliella salina centrin; CrCen Chlamydomonus reinhardtii centrin; MvCen, Marsilea vestita centrin; AtCen, Arabidopsis thaliana centrin; HsCen1, Homo sapiens centrin1; HsCen2, Homo sapiens centrin2; HsCen3, Homo sapiens centrin3; Sccdc31, Saccharomuces cerevisiae Cdc31p. Scytosiphon lomentaria Ochromonas danica ヒバマタの卵形成 減数分裂 核分裂 細胞質分裂 ８個の卵が造卵器膜に囲 まれたまま放出される。 ヒバマタの精子と接合子におけるセントリオールの挙動 AF SN PF Sperm SN EN Plasmogamy Migration of duplicated centrioles Karyogamy Bipolar spindle formation ムチモ（異型配偶子接合）の配偶子と受精 AF AF FN MN PF PF Male Female 雄性配偶子由来のセントリオールの消失 Six-hr old zygote N ♂N ♀N Karyogamyblocked zygote ♀N ♂N カヤモノリ（同型配偶子接合）における セントリオールの由来 0.5 h 1h 8h Ch N Py Polyspermic zygote M cen (red), DAPI (blue) 褐藻植物の有性生殖に見られるセントリオールの父性遺伝 Isogamy ♀ Anisogamy ♂ ♀ Oogamy ♂ Egg Sperm Isogamy Colpomenia bullosa, Scytosiphon lomentaria Anisogamy Cutleria cylindrica Oogamy Laminaria angustata, Fucus distichus, Silvetia babingtonii 褐藻植物の核分裂 紡錘体極にはセントロソームが存 在。 褐藻植物の細胞質分裂 ・褐藻植物の細胞質分裂は、分 裂予定域に集積した小胞の融 合によって生じた隔壁の成長 により進行。 細胞膜の内部への貫入はいっ さい起こらない。 ・新しい隔壁形成にはゴルジ体 由来の小胞が関わっており、 中心体から伸びる微小管がそ の輸送に関わっている。 核分裂装置と極構造 動物細胞 陸上植物細胞 黄金色藻オクロモナス ヒバマタ（卵生殖）の 様々な受精に見られる 紡錘体形成 SN EN EN 多核卵受精 核融合阻害 単為発生 多核卵の形成 減数分裂 細胞質分裂 核分裂 多核卵受精による紡錘体形成 （複数の核を持つ卵に１個の精子が融合した場合） SN EN EN Multipolar spindle karyogamy 核融合阻害（コルヒチン 処理）による紡錘体形成 SN EN EN SN EN Bipolar spindle SN Monopolar spindle 核融合阻害での卵核と精核で発達する微小管の違い γ-tubulin SN EN Monopolar blue; DAPI, green ; β-tub, red; γ-tubulin ヒバマタ未受精卵の単為発生 カルコフロア染色 仮根形成 卵細胞の単為発生に見られる紡錘体形成 Bipolar spindle Tripolar spindle 異型配偶子接合における単為発生体 接合子の最初の分裂 Prophase 雌性配偶子の単為発生 Metaphase 2-celled zygote 同型配偶子接合を行うEctocarpus siliculosusの生活史 単子嚢 Prof. D. G. Mueller (1968) 複子嚢
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