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藻類の細胞外マトリックスには、カラギーナンと呼ばれる硫酸化ガラクトンが含まれていることがわかった
To gel or not to gel: differential expression of carrageenan-related genes between the gametophyte and tetasporophyte life cycle stages of the red alga Chondrus crispus.
PMID: 32661246 PMCID: PMC7359372. DOI: 10.1038/s41598-020-67728-6.
抄録
Chondrus crispusは、カラギーナンと呼ばれる硫酸化ガラクタンを細胞外マトリックスに含む海洋性紅藻である。Chondrusは、オスとメスの配偶体（n）とテトラスポライト（2n）の間で交互に、複雑なハプロディプロンのライフサイクルを持っています。Chondrusのライフサイクルステージは同型であるが、大きな表現型の違いは、カラギーナンの組成が四胞体（主にラムダ-カラギーナン）と配偶体（主にκ/ι-カラギーナン）の間で大きく異なっていることである。このようなカラギーナン構造の違いは、カラギーナン活性遺伝子がコンドリアのライフサイクルの各段階で異なる制御を行っていることを強く示唆している。本研究では、フランス北岸沖の岩礁海岸から分離されたコンドリア個体から得られた四胞体と雄雌の配偶体を、分類学、生化学、分子生物学の手法を組み合わせて解析した。トランスクリプトーム解析の結果、ガラクトース-スルフリルラーゼ、糖質-スルホトランスフェラーゼ、グリコシルトランスフェラーゼ、ファミリー16のグリコシドヒドロラーゼをコードする遺伝子の発現に差があることが明らかになった。カラギーナン関連遺伝子の差動発現は、主に配偶子植物と四胞子植物の間で見られたが、雄性配偶子植物と雌性配偶子植物の間でも見られた。これらの多遺伝子の発現の違いは、藻類の細胞壁生合成を垣間見ることができる貴重な情報を提供している。さらに、カラギーナン代謝がコンドリアの同型ライフサイクルステージ間の生理的分化に重要な役割を果たしていることを強く示唆している。
Chondrus crispus is a marine red alga with sulfated galactans, called carrageenans, in its extracellular matrix. Chondrus has a complex haplodiplontic life cycle, alternating between male and female gametophytes (n) and tetrasporophytes (2n). The Chondrus life cycle stages are isomorphic; however, a major phenotypic difference is that carrageenan composition varies significantly between the tetrasporophytes (mainly lambda-carrageenan) and the gametophytes (mainly kappa/iota-carrageenans). The disparity in carrageenan structures, which confer different chemical properties, strongly suggests differential regulation of carrageenan-active genes between the phases of the Chondrus life cycles. We used a combination of taxonomy, biochemistry and molecular biology to characterize the tetrasporophytes and male and female gametophytes from Chondrus individuals isolated from the rocky seashore off the northern coast of France. Transcriptomic analyses reveal differential gene expression of genes encoding several galactose-sulfurylases, carbohydrate-sulfotransferases, glycosyltransferases, and one family 16 glycoside hydrolase. Differential expression of carrageenan-related genes was found primarily between gametophytes and tetrasporophytes, but also between the male and female gametophytes. The differential expression of these multigenic genes provides a rare glimpse into cell wall biosynthesis in algae. Furthermore, it strongly supports that carrageenan metabolism holds an important role in the physiological differentiation between the isomorphic life cycle stages of Chondrus.