原始緑藻Pseudoscourfieldia marinaにおける形態と生活環の多様性のゲノムおよびトランスクリプトーム基盤

二つのまったく異なる生き方をする小さな藻類

外洋では、重要な生物の多くが肉眼では見えないほど小さい。本研究はPseudoscourfieldia marinaという単細胞の緑藻を対象とし、この藻が二つの著しく異なる外観と行動をとるにもかかわらず、両者が同一種であることを示す。DNAとRNAを詳しく調べることで、ひとつの遺伝設計図が形状、生活様式、そしておそらく生態学的役割の異なる二つの生活段階をどう支えるかを示している。

一種に二つの顔

Pseudoscourfieldia marinaは、非常に小さく滑らかで遊泳しない球状体として現れる場合と、やや大きめで楕円形、鱗に覆われて一対の鞭毛で泳ぐ形態として現れる場合があり、長年研究者を悩ませてきた。従来ならこれらの差異は別種を示唆しただろう。これらの細胞のエネルギー生産や光合成に関する細胞小器官の解析は、すでに同一生物であることを示唆していた。本研究では、鞭毛を持たないコッコイド型と鱗を持つ鞭毛型の主要な核ゲノムおよび遺伝子活動パターンを配列決定し比較することで、対照的な形態がどのように生じるかを解明している。

似たゲノム、異なる設定

二つの株は非常に似たゲノムを共有していることが判明した。染色体数、遺伝子の物理的配列、遺伝子の種類はいずれもほぼ同等である。しかし、染色体のコピー数や遺伝子の活性化の程度には差があった。球形で遊泳しない株は主に二倍体で各染色体を二コピー持つのに対し、鱗状で遊泳する株は主に単相で一コピーであった。両株とも反復配列や移動因子に富むいわゆる“例外的”な染色体を有していた。これらの特殊染色体には糖化学や細胞表面分子に関与する遺伝子が集中しており、鞭毛を持つ株ではこれらの多くの遺伝子が高く発現していたことから、これらの領域が外被を迅速に変化させるのに寄与し、ウイルスに対する防御などに関連する可能性が示唆される。

尾と外被の構築

二形の中心的な違いは、遊泳細胞が持つ拍動する鞭毛と複雑な鱗状の外被である。研究者らは鞭毛を構築し駆動する274個の遺伝子を同定し、これにはモーター、足場部品、輸送機構が含まれる。これらの遺伝子はほぼすべて両株に存在し完全であるが、鞭毛型では発現レベルがはるかに高く、非鞭毛型では主に休止している。また、陸上植物でも知られる特定の糖を生成する分子経路を追跡し、鱗の材料の重要成分がどのように作られるかを明らかにした。細胞内の輸送センターへこの糖を作り輸送する完全な経路と、細胞表面に複雑な糖構造を組み立てる大規模な酵素群が見つかり、これらの酵素は特に鱗状株で拡張して高く発現していた。

隠れた有性生活環

形状や運動性に加え、ゲノムデータはこれまで単細胞緑藻で観察されてきたよりも複雑な生活環への手がかりを示した。研究者らは減数分裂（染色体数を半分にする細胞分裂）に他の生物が用いるほぼすべての遺伝子と、単相細胞を融合して二倍体を作るために知られる遺伝子を検出した。これらの多くは二倍体である非遊泳株でより活性が高く、他のものは単相である遊泳株でより活性が高かった。このパターンは、滑らかなコッコイド細胞と鱗を持つ鞭毛細胞が有性生活環の交代期を表し、各倍数性が水柱中での異なる生き方に結びついていることを示唆する。

海洋生態にとっての意義

ゲノム構造と遺伝子利用のパターンを組み合わせることで、本研究は単細胞藻が外見も機能も大きく異なる二つの生活段階の間をどのように切り替えうるかを示している。別種やまったく異なる遺伝子セットを必要とするのではなく、Pseudoscourfieldia marinaは共有遺伝子の発現をいつどこで制御するかを柔軟に変えることに依存しており、ウイルスやその他のストレスに応答する動的な染色体がそれを支えている可能性がある。この種の小さな海洋藻類における隠れた複雑さは、移動様式、生息域、捕食者や寄生者、変化する環境との相互作用に影響し、海の生態像に新たな豊かさを加える。

引用: Crépeault, O., Turmel, M., Otis, C. et al. Genomic and transcriptomic basis of morphological and life cycle diversity in the prasinophyte alga Pseudoscourfieldia marina. Commun Biol 9, 719 (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-026-09965-5

キーワード: 海洋藻類, 生活環, ゲノム, 細胞形態, 遺伝子発現