(筑波研究学园都市记者会、环境省记者俱乐部、环境记者会同时分发) 2022年1月24日，星期一 国立研究开发法人国立环境研究所 生物多样性领域生物多样性资源保护研究推进室 高级技能专家铃木重胜 主任研究员山口晴代 室长河地正伸 已知有部分兰科植物和疟原虫等放弃光合作用，从独立营养性进化为从属营养性的植物和藻类的存在，但从光合作用到非光合作用的进化过程长期以来一直是个谜。 国立环境研究所生物多样性领域的铃木重胜高级技能专家们活用国立环境研究所微生物系统保存设施的藻类培养株，通过对隐藻培养株进行全面解析，在世界上首次发现了编码光合基因群的叶绿体基因组和其DNA序列的一部分发生了变化的叶绿体基因组混合的物种。 藻类叶绿体基因组通常由相同的DNA序列组成，研究小组认为这种隐藻正处于失去光合作用的进化过渡阶段，将其定位为第一个例子，用实际的藻类印证了这一假说。 本研究的成果将刊登在令和4年1月26日从英国发行的分子生物学领域的学术专业杂志《Molecular Biology and Evolution》上。 1 .研究背景 国立环境研究所微生物系统保存设施( MCC-NIES； https://MCC.nies.go.jp/index.html )自1983年开设以来，收集保存提供了约1，000种、合计3，000株以上的多种藻类的培养株，其种类和保存株数居世界首位。 这些培养株在解决地球环境问题和实现碳中和社会的研究等国内外广泛领域被广泛利用。 藻类基本上是利用光能，固定二氧化碳，通过光合作用产生有机物和氧气。 人类虽然不能自己制造有机物，但藻类拥有自己制造有机物的独立营养性等在地球上生存的优良特性。 但是，到现在为止，藻类的很多系统中都报告了停止光合作用的物种，其中一部分还包括疟原虫等寄生性和病原性的物种。 众所周知，放弃这种光合作用的“(曾经的)藻类”，不再进行光合作用，而是通过将生活方式转变为吸收营养等从属营养性，从外部获得有机物。 由于人们普遍认为自己制造有机物比从外面获取有机物更有好处，所以存在进行“停止光合作用的进化”的藻类，是藻类进化中的一大谜团。 因此，为了弄清楚光合能力的消失是如何发生的，本研究通过从保存在微生物系统保存设施中的众多培养株中“网罗性地寻找即将消失光合能力的藻类”的方法进行了研究。 2 .研究方法成果 在种类繁多的藻类中，特别是隐藻*1，具有进行光合作用的种类和失去光合作用能力的种类存在于近亲之间的很大特征。 另外，众所周知，一般来说光合作用的隐藻，具有结构相似的叶绿体基因组*2。 因此，从微生物系统保存设施保存的隐藻培养株135株中筛选出16株，通过对其叶绿体基因组进行全面解读和比较分析，成功发现了一种进行光合作用的物种，同时叶绿体基因组结构与其他物种变化较大的物种。 其中发现，一种叫Cryptomonas borealis的物种，尽管只能通过光来培养，但同时也具有一种被称为吸收营养的营养方式，即使没有光也能吸收水中的有机物进行增殖。 另外，发现停止光合作用的物种与进行光合作用的物种相比，具有叶绿体基因组的DNA序列容易随机变化的特征，但本物种与停止光合作用的物种更接近。 综上所述，本物种被认为是在维持光合作用的同时，即将消失进行从属营养的光合作用能力之前的藻类(图1 )。 表示隐藻进化中光合能力消失的图
图1 .隐藻进化中的光合能力消失 接着，关注叶绿体基因组，推测了隐藻失去光合能力的过程(图2 )。 结果表明，在Cryptomonas borealis叶绿体基因组中，目前进行系统中组ⅱ内含子*3增加转移，叶绿体基因组拷贝之间多态性*4增加。 一般来说，藻类细胞内存在多个叶绿体基因组拷贝，但拷贝之间几乎不存在多态性，被认为是同一DNA序列。 但是，在本物种即将消失光合作用能力的藻类中，由于群II内含子等转移性内含子大量插入叶绿体基因组中，在一个细胞内的叶绿体基因组拷贝之间产生多态性，并保持该多态性的状态被新一代的子细胞继承 。推测这样的基因组结构变化，会引起叶绿体基因组中编码的光合相关基因的缺失，导致失去光合能力的进化。
图2 .隐藻叶绿体基因组随光合能力消失的演化
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