シアニディオシゾン

シアニディオシゾン
科学的分類
クレード:	アーケプラスチダ
分割：	紅藻類
クラス：	シアニディオ藻類
注文：	シアニディア目
家族：	シアニディア科
属:	シアニディオシゾン
種：	C.メロラエ
二名法名
シアニディオシゾン・メロラエ P.デ・ルーカ、R.タッデイ、L.ヴァラーノ、1978年[1]

シアニディオシゾン・メロラエは小型（2μm）で棍棒状の単細胞半数体 紅藻で、高硫黄酸性温泉環境（pH 1.5、45℃）に適応しています。 ^{[2] [3]} C. merolaeの細胞構造は極めて単純で、葉緑体とミトコンドリアがそれぞれ1つずつしかなく、液胞と細胞壁がありません。 ^[4]さらに、細胞分裂と細胞小器官分裂は同期させることができます。これらの理由から、 C. merolaeは細胞分裂と細胞小器官分裂の過程、生化学、構造生物学の研究に最適なモデル系であると考えられています。 ^{[5] [6] [7]}この生物のゲノムは、 2004年に配列決定された最初の完全な藻類ゲノムでした^{。 [8]}プラスチドは2000年と2003年に、ミトコンドリアは1998年に配列が解読されまし^{た。 [9]}この生物は、その最小限の細胞構成から、真核細胞の中で最も単純なものと考えられてきました。 ^[10]

1978年にデ・ルーカによってカンピ・フレグレイ（イタリア、ナポリ）のソルファタン噴気孔から最初に単離された^[2] C. merolaeは、改良アレン培地（MA）^[7]、またはMA2と呼ばれるいくつかの要素の濃度を2倍にした改良型で実験室で培養することができます。[ 10 ^{] [12]} MA培地を使用すると、成長速度は特に速くなく、倍加時間（微生物の培養で単位体積あたりの細胞が2倍になるまでの時間）は約32時間です。^[7] より最適な培地MA2を使用すると、これを24時間に短縮できます。^{[7]培養は、約50 μmol photons m −2} s ⁻¹ （μE） の強度の白色蛍光灯の下、42 °C（108 °F）で行われます。^[10] しかし、90 μEのより高い光強度で5%のCO2_を吹き込むと、C. merolaeの成長率はさらに上昇し、倍増時間はおよそ9.2時間になります。^[7] 90 μEを超えると成長率が低下し始めるため、より高い光は必ずしも有益ではありません。^[7]これは光合成装置に光損傷が発生したためと考えられます。 C. merolaeは、実験室でのコロニー選択や株の維持を目的として、ジェランガムプレート上で培養することもできます。 ^[7] C. merolaeは絶対酸素発生型光栄養生物であり、環境から固定炭素を取り込むことができず、 _CO2から炭素を固定するために酸素発生型光合成に頼らなければなりません。^[10]

C. merolaeの16.5メガベースペア ゲノムは2004 年に配列決定されました。^[3] 縮小された、極めて単純でコンパクトなゲノムは 20 本の染色体で構成され、5,331 個の遺伝子を含むことが判明しました。そのうち 86.3% が発現しており、厳密なコンセンサス配列を含むイントロンを含むのは 26 個のみです。 ^{[3]驚くべきことに、} C. merolaeのゲノムには 30 個のtRNA遺伝子と極めて最小限の数のリボソーム RNA遺伝子のコピーしか含まれておらず、^[3]ゲノム比較表で示されています。ゲノムの縮小特性により、他にもいくつかの珍しい特徴がもたらされています。ほとんどの真核生物には、膜を挟んで分割区画を分離するために必要なダイナミンのコピーが 10 個程度含まれていますが、 C. merolaeには2 個しか含まれておらず^[3] 、研究者は細胞小器官の分裂を研究する際にこの事実を利用しています。

ゲノムは小さいものの、^[8] C. merolaeの葉緑体ゲノムには他の藻類や植物の葉緑体ゲノムには存在しない多くの遺伝子が含まれています。^[13] その遺伝子のほとんどはイントロンがありません。^[8]

ほとんどのモデル生物と同様に、C. merolaeでは遺伝学的ツールが開発されています。これには、 C. merolaeからDNAとRNAを分離する方法、一時的または安定した形質転換のためにC. merolaeに DNA を導入する方法、選択マーカーとして使用できるウラシル要求株を含む選択方法が含まれます。

シアノバクテリアのプロトコルに由来するいくつかの方法が、 C. merolaeからの DNA の分離に使用されています。^{[ 10] [14]} 1 つ目は高温フェノール抽出法で、これはDNA 増幅 ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)に適した DNA を分離するために使用できる迅速な抽出法です。[10] ^[15]この方法では、フェノールを全細胞に加え、65 °C でインキュベートして DNA を抽出します。^{[10] より}純粋な DNA が必要な場合は、セチルトリメチルアンモニウム臭化物 (CTAB) 法を使用できます。この方法では、最初に高塩抽出バッファーを適用して細胞を破壊し、その後クロロホルムとフェノールの混合物を使用して室温で DNA を抽出します。^[10]

総RNAは、DNAの場合に上述した熱フェノール法の変形法を使用してC. merolae細胞から抽出することができる。 ^[10]

DNAやRNAの場合と同様に、タンパク質抽出のプロトコルもシアノバクテリアで使用されるプロトコルを応用したものです。^{[10] [16]} 細胞はガラスビーズを使用して破壊され、還元剤DTTを含む10％グリセロール緩衝液中でボルテックスされ、タンパク質内のジスルフィド結合が切断されます。^[10]この抽出により変性タンパク質が得られ、 SDS-PAGEゲルでウエスタンブロッティングやクマシー染色 に使用できます。

C. merolaeは、実験室で形質転換に成功した個体を選択するために一般的に使用される多くの抗生物質に感受性があるが、アンピシリンやカナマイシンなどいくつかの抗生物質には耐性がある。^{[7] [17]}

C. merolaeの形質転換によく使われる選択マーカーには、ウラシル要求性（外因性ウラシルを必要とする）がある。この変異体は、化合物 5-FOA の存在下でC. merolae を増殖させることで開発された。5 -FOA 自体は無毒だが、Ura5.3遺伝子によってコードされるウラシル生合成経路の酵素、オロチジン 5'-一リン酸（OMP）脱炭酸酵素によって毒性化合物5-フルオロウラシルに変換される。^[7]ランダムな突然変異によってUra5.3にいくつかの機能喪失変異体が生じ、ウラシルが供給される限り、細胞は 5-FOA の存在下で生存できるようになった。^[7]この変異体を目的遺伝子とUra5.3の機能的コピーの両方を含むPCR断片で形質転換することにより、研究者は外因性ウラシルなしで増殖できる場合、目的遺伝子がC. merolaeゲノムに組み込まれていることを確認できます。

遺伝子の染色体への組み込みにより安定した形質転換体が形成される一方、一過性発現によりC. merolaeで標識遺伝子や改変遺伝子を用いて短期的な実験を行うことができる。一過性発現は、ポリエチレングリコール(PEG) ベースの方法を用いてプロトプラスト(硬い細胞壁を酵素的に除去した植物細胞) で達成することができ、C. merolae は細胞壁を欠いているため、形質転換の目的ではプロトプラストとほぼ同じように振る舞う。 ^[12]形質転換するには、細胞を目的の DNA を含む 30% PEG に短時間さらし、一過性の形質転換を起こす。^[12]この方法では、DNA は環状要素として取り込まれ、組み込みのための相同領域が存在しないため生物のゲノムに組み込まれない。

安定した変異株を作るには、遺伝子ターゲティングを利用して、相同組換えによってC. merolaeゲノムの特定の場所に目的の遺伝子を挿入します。目的の遺伝子の末端に、C. merolaeゲノム内の配列と相補的な数百塩基対の DNA 領域を含めることで、生物自身のDNA 修復機構を使用してこれらの領域に遺伝子を挿入できます。^[18]一過性発現に使用されるのと同じ形質転換手順をここで使用できますが、相同 DNA セグメントを使用してゲノム統合を可能にします。^[18]

C. merolae は極めて単純な分裂体、単純な細胞構造、分裂を同期させる能力を備えているため、真核細胞と細胞小器官の分裂のメカニズムを研究するのに最適な生物です。^{[3] [6]}培養細胞における細胞小器官の分裂の同期は非常に単純で、通常は明暗サイクルを使用します。化学物質アフィジコリンを加えると、葉緑体分裂を簡単かつ効果的に同期させることができます。^[19]ペルオキシソーム分裂のメカニズムは、 C. merolae をシステムとして使用して初めて確認されました。 ^[20]このシステムでは、明暗サイクルに加えて、微小管を破壊する薬剤オリザリンを使用してペルオキシソーム分裂を同期させることができます。 ^[20]

C. merolaeは光合成の研究にも利用されている。特に、 C. merolaeの光合成系のサブユニット構成は、他の関連生物とは大きく異なる。^{[21] [22]} C. merolaeの光合成系 II (PSII) は、予想どおり、特に珍しい pH 範囲で機能することができる。^{[21] [23]} PSII のメカニズムではプロトンが急速に放出される必要があり、低 pH 溶液ではこの能力が変化するにもかかわらず、C. merolae PSII は他の関連種と同じ速度で水を交換および分解することができる。^[21]

• ガルディエリア・スルフラリア
• 紅藻

• シアニディオシゾン・メロラエゲノムプロジェクト

Guiry, MD; Guiry, GM 「Cyanidioschyzon merolae」。AlgaeBase 。ゴールウェイ大学。