（a）クラミドモナスreinhardtiiの性生活サイクルが構成されています。.. /科学的な図をダウンロードする

… メンデルの法則に反する遺伝物質の性質。 電子顕微鏡、遺伝学、分子生物学および生化学を含む多数の技術を用いて、前世紀にわたる広範な研究は、遺伝物質が実際には葉緑体およびミトコンドリア内のゲノムであることを明らかにした（Kuroiwa1991;Birky1995）。 葉緑体（ｃ ｐ）とミトコンドリア（ｍ ｔ）は，それぞれ有核細胞と自由生きている細菌-シアノバクテリアとアルファパープル細菌との間の先祖の内共生関係から生じたと考えられている。 彼らはおそらく彼らの前駆細胞からの痕跡である彼ら自身のゲノムを含んでいます（Gray1992）。 今日、我々は、cpおよびmt遺伝子が、高等植物、シダ、コケ、藻類（Kuroiwa1991）、真菌（MitchellおよびMitchell1952;Kawano et al. １ ９ ８ ７）、および動物（Ｈｕｔｃｈｉｓｏｎ ｅ ｔ ａ ｌ． 1974年）、人間を含む。 Cp/mtゲノムの単親遺伝は、卵が複数の数のオルガネラを含むという事実に基づいて受動的な結果であると長い間考えられていたが、雄の配偶子は、せいぜい、少数しか寄与していない（Gyllensten et al. 1991). しかし、単親継承のプロセスはより動的である可能性が高い。 古典的で顕著な例は、単細胞の緑藻であるChlamydomonas reinhardtiiにおける非メンデル遺伝の発生であり、同一サイズの配偶子を産生する（isogamous）（Sager1954）。 Cのライフサイクル。reinhardtiiは絶妙に簡単である。 Ｃ．ｒｅｉｎｈａｒｄｔｉｉには、結合群ＶＩ上の単一の複雑な結合型遺伝子座によって制御される、結合型プラス（ｍｔ＋）および結合型マイナス（ｍｔ）の２つの結合型がある（Ｆｅｒｒｉｓ ｅ ｔ ａ ｌ． 2002). C.reinhardtiiは、定義された分化段階を含む性ライフサイクルを経る（図1）。 栄養細胞は、窒素飢餓および光照射の条件下で配偶子に分化する（Ｐａｎ ｅ ｔ ａ ｌ． 1996). 混合されてから数分以内に、反対の交配タイプの配偶子は、それらの鞭毛によって互いに接着し、接合体を形成するために融合する。 強制的な休眠期間の後、接合子は減数分裂および発芽を受けて4つの半数体の子孫を産生する。 形成された子孫の90％以上が、mt+親から優先的に葉緑体（cp）形質を継承し、50年以上前に最初に記載された現象である（Sager1954）。 Sagerは、二つのUV誘導変異、sr1とsr2の遺伝パターンを説明しました。 Sr1変異は、抗生物質ストレプトマイシンの低レベルへの耐性を付与し、sr2変異は、ストレプトマイシンの高レベルへの耐性を付与します。 Sr1ストレプトマイシン感受性株に交配したとき、ストレプトマイシン耐性の低レベルは、メンデルの法則に従って、継承されました。 対照的に、sr2変異を運ぶmt+親が敏感なmt-親に交配されたとき、減数分裂の子孫のすべては、ストレプトマイシンの高レベルに耐性であった。 相互交差では、減数分裂の子孫はすべてストレプトマイシン感受性であった（Sager1954）。 1962年に、cpDNAの存在の証拠は、RisとPlautによる光および電子顕微鏡の研究から得られた（RisとPlaut1962）。 ちょうど1年後、SagerとIshidaは、塩化セシウム（CsCl）密度勾配遠心分離によるcpDNAの単離を説明した（Sager and Ishida1963）。 １ ９ ８ ９年に、ｓｒ２突然変異は、ｃｐゲノムのｒｐｓ１ ２遺伝子内に局在することが示された（Ｌｉｕ ｅ ｔ ａ ｌ． 1989). 1972年に、1つの生化学的研究は、mt-cpDNAの量がmt+cpDNAと比較して減少し、交配後6-24時間であることを示した（Sager and Lane1972）。 Ｍｔ＋およびｍｔ−配偶子からのＤＮＡを、１ ４Ｎ−または１ ５Ｎ Ｈ４Ｃｌのいずれかで標識し、Ｃｓｃｌ密度勾配遠心分離を使用して、６−および２ ４−ｈ接合子における核ＤＮＡおよびｃｐＤＮＡの 接合子の発生から６時間後、ｍｔ−ｃｐＤＮＡを表すシグナルは、ｍｔ＋ｃｐＤＮＡよりも明らかに低く、ｍｔ＋ｃｐＤＮＡに対するｍｔ−ｃｐＤＮＡの優先的な減少を示した。 1980年に、mt-cpDNAの優先的な減少のための最初の分子証拠はGrantらによって提供されました。 （Ｇｒａｎｔ ｅ ｔ ａ ｌ． 1980). 著者らは、その葉緑体DNAに二つの小さな欠失を運ぶC.reinhardtii変異株ac-u-g-23における制限断片長多型（RFLPs）を利用して、mt+とmt-cpDNAの挙動を監視しました。 著者らは、cpDNAの欠失と非光合成表現型の両方が単一遺伝的に継承されていることを発見した。 Ｃ．ｒｅｉｎｈａｒｄｔｉｉの２ ０ ３ｋｂの葉緑体ゲノム（Ｍａｕｌ ｅ ｔ ａ ｌ． 2002年）は、細胞あたり約80–100コピーで存在し、葉緑体ヌクレオイドと呼ばれる5-10のDNA-タンパク質複合体に組織されている（Kuroiwa et al. 1981). 1982年には黒岩らが研究を行った。 dapi(dsDNA specific fluorochrome,4′,6-diamidino-2-phenylindole)-染色されたmt-cpヌクレオイドは、交配の50分以内に若い接合体において優先的に消失することが分かった(Kuroiwa et al. 1982). 1999年には、SYBR Green I（生きた細胞に浸透することができるdsDNA特異的蛍光色素）を用いて、生きた接合体でmt-cpヌクレオイドの優先的な消失が観察された（図1）（Nishimura et al. 1999). しかし、この劇的な現象の解釈は、dna還元が生化学的または分子生物学的方法（交配後6-24時間）によって検出される前に蛍光mt-cpヌクレオイドの優先的な消失が起こったため、議論の余地があった（Sager and Lane1972）。 これを説明するために二つの主要な可能性が提案された。 一つの可能性は，ｃｐヌクレオイドの崩壊がｃｐｄｎａ分子の分散につながる可能性であり，二つ目の可能性は，ｃｐｄｎａ分子の急速な消化がｃｐｄｎａヌクレオイドの消失につながる可能性であった。 この問題に対処する上での1つの問題は、何百万ものmt+とmt-配偶子を使用して交配反応が行われることです（図2）。 細胞集団は、必然的に、未修飾のｍｔ＋およびｍｔ−配偶子、ｍｔ−ｃｐヌクレオチドの有無にかかわらず接合体、およびｍｅｉｔｏｔｉｃ接合体を形成しない例外的なｍｅｉｔｏｔｉｃ接合体（１〜５％） 一般的に、分子および生化学的方法は、正確な分析のために大量の均質なサンプルを必要とし、サンプル中の不均一性は結果を混乱させるだろう。 言い換えれば、集団内の個々の細胞または細胞小器官の「人格」は希釈され、分析の過程で失われる可能性が最も高い。 一方、顕微鏡検査では、形態学的レベルでは”人格”を明らかにすることができますが、分子レベルでは明らかにできません。 Ｍｔ-ｃ ｐヌクレオイドの消失中のｃｐｄｎａ分子の状態を研究するためには，ｍｔ-ｃ ｐヌクレオイドの有無に基づいて接合体を収集し，分子生物学的手法を用いて個々の接合体を解析する必要があった。 これを達成するために、光ピンセットを用いた（図3）。 光ピンセットの使用は、直接顕微鏡観察下で生きている細胞または細胞小器官を操作するための新規な技術である（Ashkin et al. 1987). 本研究では，ｃｐヌクレオイドの有無にかかわらず単一の接合体を光ピンセットを用いて収集し，ｍｔ-ｃｐｄｎａ分子の存在または非存在をネストＰＣＲ分析によって決定した。 Mt+とmt-接合性cpDNAの個々の運命は、細菌遺伝子aada（アミノグリコシドアデニルトランスフェラーゼ）を保有する葉緑体形質転換Lo3Cを用いて別々に続いた。 光ピンセットを用いて得られた単一の接合体を、ＡＡＤＡの高感度ｎｅｓｔｅｄ−ＰＣＲ分析に供した（図４）（Ｎｉｓｈｉｍｕｒａ ｅ ｔ ａ ｌ． 1999). L03C mt+配偶子を野生型mt-配偶子と交配したとき、aadA遺伝子配列は、調べた接合子のすべてで検出されました。 逆に、L03C mt-配偶子が野生型配偶子と交配されたとき、aadA配列は若い接合子（接合子形成後10および30分）でのみ増幅された。 蛍光mt-cpヌクレオイドが消失した後、aadA配列はもはや接合体（接合体形成後90および120分）で検出されなかった。 これらの結果は、mt-cpDNA分子が10分で完全に消化され、その間にmt-cpヌクレオイドが消失し、また、接合体形成直後にmt-葉緑体で少なくとも一つの非常に有効なヌクレアーゼが活性化されることを示している。 Mt-cpDNAのこの活発な消化はおそらくcpDNAの母性的な相続のための基礎です。 CpDNAの単親遺伝のための最も単純なモデルは、プロセスがライフサイクルの異なる段階で発生する可能性が高い二つの別個のイベントで構成されていることである：おそらく配偶子形成中のmt+cpDNAの”保護”と、初期の接合子発達中の保護されていないmt-cpDNAの”破壊者”。 A)制限メチル化仮説1972年、Sagerらは、mt-cpDNAは制限酵素の作用によって消化されるのに対し、mt+cpDNAはメチル化によって保護されていることを提案した（sager and Lane1972）。 Sagerたちは、交配後7時間で検出されたmt+cpDNAのメチル化レベルの増加を示す説得力のある証拠を急速に蓄積した(Burton et al. １ ９ ７ ９；Ｒｏｙｅｒ ａｎｄ Ｓａｇｅｒ１ ９ ７ ９；Ｓａｎｏ ｅ ｔ ａ ｌ． 1980). さらに、分子量６ ０ｋＤａおよび２ ０ｋＤａのｍｔ＋配偶子特異的ＤＮＡメチルトランスフェラーゼの精製が報告されている（Ｓａｎｏ ｅ ｔ ａ ｌ． 1981). このｍｔ＋配偶子特異的メチル化事象は、保護のために予想されるように、明らかに可逆的であった（Ｓａｎｏ ｅ ｔ ａ ｌ． 1984). 2002年に葉緑体に存在するDNAメチルトランスフェラーゼの遺伝子が最終的に同定され、そのmt+配偶子特異的発現と葉緑体局在が確認された（Nishiyama et al. 2002). 一方、独立したグループからの一連の論文は、その後、mt+cpDNAのメチル化は保護を適切に説明できないと主張している。 Bolen et al. ｍｔ＋細胞およびｍｔ−細胞の両方においてｃＰＤＮＡをより高いレベルで恒常的にメチル化する核変異ｍｅ１を単離した（Ｂｏｌｅｎ ｅ ｔ ａ ｌ． 1982). Me1配偶子が交配のために使用されたとき、正常な単親遺伝パターンが観察され、矛盾した。..