研究活動情報

• 2019年03月 日本藻類学会, 若手発表賞 微細藻類部門, 渦鞭毛藻類Nusuttodiniumの盗葉緑体現象から紐解く細胞内共生の進化

  大沼亮


• 2019年03月 日本藻類学会, 日本藻類学会研究奨励賞

  大沼亮


• 2016年10月 国際藻類学会, The Tyge Christensen Prize

  Onuma R, Watanabe K, Horiguchi T


• 2016年06月 国際原生生物学会, Holz-Conner Award, Ultrastructural and transcriptomic studies of kleptochloroplastidic dinoflagellate Nusuttodinium aeruginosum (Dinophyceae)

  Onuma R,Horiguchi T, Miyagishima S


• 2013年08月 国際藻類学会, The G. F. Papenfuss Poster Award, Ultrastructural and phylogenetic studies of the kleptochloroplastidic dinoflagellates

  Onuma R, Watanabe K, Horiguchi T

• Transient molecular chimerism for exploiting xenogeneic organelles

  Yuichiro Kashiyama, Moe Maruyama, Masami Nakazawa, Tsuyoshi Kagamoto, Hiroki Imanishi, Sayaka Yamamoto, Mio Inoue, Ryo Onuma, Goro Tanifuji, Hiroki Ashida, Noriko Inada, Koichiro Awai, Shin-ya Miyagishima

  2026年03月, Nature Communications, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• The closed nutrient recycling system in the Paramecium–Chlorella photosymbiosis contributes to survival under oligotrophic conditions

  Takayuki Fujiwara, Ryo Onuma, Shunsuke Hirooka, Shin-ya Miyagishima, Kaoru Okada, Yusuke Kobayashi

  2025年10月, Science Advances, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• Sexual life cycle establishes the unicellular red algae Cyanidiophyceae as a genetically tractable model lineage for eukaryotic evolution

  Shunsuke Hirooka, Takayuki Fujiwara, Mark Seger, Soichi Inagaki, Shota Yamashita, Dai Tsujino, Ryo Onuma, Yu Kanesaki, Satoru Watanabe, Yuu Hirose, Ryudo Ohbayashi, Mari Takusagawa, Baifeng Zhou, Reiko Tomita, Fumi Yagisawa, Peter Lammers, Atsuko H. Iwane, Shin-ya Miyagishima

  Abstract The thermo-acidophilic unicellular algal class Cyanidiophyceae is the earliest-branching lineage in red algae, which diverged from Viridiplantae lineage (green algae and land plants) soon after chloroplast establishment in the common ancestor of Archaeplastida. Cyanidiophyceae possess extremely simple genomes (8.7–17.8 Mb; approximately 4,800– 7,800 genes), and the cell-wall-less, genetically tractable strain Cyanidioschyzon merolae 10D has served as a model organism. However, its unknown sexual life cycle has limited its utility in studies of evolution and genetics. Inspired by the recent discovery of sexual reproduction in the cyanidiophycean genus Galdieria, we identified similar life cycles in the other cyanidiophycean genera Cyanidioschyzon, Cyanidiococcus, and Cyanidium. In these genera, the cell-walled diploid form, exclusively observed in nature, produces a cell-wall-less haploid form when the culture pH is lowered, and both proliferate asexually. In addition, the cell-wall-less Cyanidioschyzon merolae 10D strain has been shown to be a haploid clone that forms a cell-walled diploid through mating with other haploid clones. Building on these findings, we generated high-quality genomic resources with phase-specific transcriptomes and developed genetic manipulation systems using the cell-wall-less haploids of these genera. We further uncovered phase-specific distribution of histone H3 lysine 27 trimethylation linked to haploid- and diploid-specific gene expression, including transcription factors involved in differentiation associated with sexual reproduction in plants. Additionally, biparental inheritance of organelle DNA occurs following isogamous mating of haploid cells but resolves into uniparental inheritance during diploid proliferation. These advances position Cyanidiophyceae as a powerful model lineage for studying early Archaeplastida evolution, the shared mechanisms of photosynthetic eukaryotes, and their environmental adaptation.

  Cold Spring Harbor Laboratory, 2025年10月, bioRxiv, 英語

  研究論文（学術雑誌）


• Algal Symbiont Diversity and Host Fitness Variation in Amoebozoan Photosymbiosis.

  Daisuke Yamagishi, Ryo Onuma, Sachihiro Matsunaga, Shin-Ya Miyagishima, Shinichiro Maruyama

  Photosymbioses, the symbiotic relationships between microalgae and non-photosynthetic eukaryotes, are sporadically found in many eukaryotic lineages. Only a few taxa, such as cnidarians and ciliates hosting algal endosymbionts, have been actively studied, which has hindered understanding the universal mechanisms of photosymbiosis establishment. In Amoebozoa, few species are reported as photosymbiotic, and how the photosymbioses are established is still unclear. To investigate the extent to which one of the photosymbiotic amoebae, Mayorella viridis, depends on their symbionts, the amoebae were treated with reagents known to induce the collapsing of photosymbioses in other species. We succeeded in removing algal symbionts from the hosts with 2-amino-3-chloro-1,4-naphthoquinone. While the apo-symbiotic amoebae grew to the same extent as the symbiotic state when they fed on prey, their survival rates were lower than those of the symbiotic ones during starvation, suggesting that the impact of the photosymbiosis on fitness is condition-dependent. Furthermore, we showed that the photosymbiotic state was reversible by feeding two strains of the green alga Chlorella to the apo-symbiotic amoebae. The efficiencies of ingesting algal cells significantly differed between algal strains. These results suggest that the photosymbiotic relationship in the amoeba is facultative and that different algal strains have discrete symbiotic abilities to the amoeba.

  2025年, The Journal of eukaryotic microbiology, 72(3) (3), e70008, 英語, 国際誌

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• A fusion protein of polyphosphate kinase 1 (PPK1) and a Nudix hydrolase is involved in inorganic polyphosphate accumulation in the unicellular red alga Cyanidioschyzon merolae

  Fumi Yagisawa, Takayuki Fujiwara, Shota Yamashita, Shunsuke Hirooka, Kei Tamashiro, Jin Izumi, Yu Kanesaki, Ryo Onuma, Osami Misumi, Soichi Nakamura, Hirofumi Yoshikawa, Haruko Kuroiwa, Tsuneyoshi Kuroiwa, Shin-ya Miyagishima

  Abstract

  Inorganic polyphosphate (polyP) is a linear polymer of phosphate that plays various roles in cells, including in phosphate and metal homeostasis. Homologs of the vacuolar transporter chaperon 4 (VTC4), catalyzing polyP synthesis in many eukaryotes, are absent in red algae, which are among the earliest divergent plant lineages. We identified homologs of polyphosphate kinase 1 (PPK1), a conserved polyP synthase in bacteria, in 42 eukaryotic genomes, including 31 species detected in this study and 12 species of red algae. Phylogenetic analysis suggested that most eukaryotic PPK1 homologs originated from horizontal gene transfer from a prokaryote to a plant before the divergence of red algae and Viridiplantae. In red algae, the homologs were fused to a nucleoside diphosphate-linked moiety X (Nudix) hydrolase of the diphosphoinositol polyphosphate phosphohydrolase (DIPP) family. We characterized the fusion protein CmPPK1 in the unicellular red alga Cyanidioschyzon merolae, which has been used in studies on basic features of eukaryotes. In the knockout strain ∆CmPPK1, polyP was undetectable, suggesting a primary role for CmPPK1 in polyP synthesis. In addition, ∆CmPPK1 showed altered metal balance. Mutations in the catalytically important residues of the Nudix hydrolase domain (NHD) either increased or decreased polyP contents. Both high and low polyP NHD mutants were susceptible to phosphate deprivation, indicating that adequate NHD function is necessary for normal phosphate starvation responses. The results reveal the unique features of PPK1 in red algae and promote further investigation of polyP metabolism and functions in red algae and eukaryotic evolution.

  Springer Science and Business Media LLC, 2024年10月

  [査読有り]


• Experimental bleaching of photosymbiotic amoeba revealed strain-dependent differences in algal symbiosis ability

  Daisuke Yamagishi, Ryo Onuma, Sachihiro Matsunaga, Shin-ya Miyagishima, Shinichiro Maruyama

  2024年07月


• Horizontally acquired nitrate reductase realized kleptoplastic photoautotrophy of Rapaza viridis

  Moe Maruyama, Tsuyoshi Kagamoto, Yuga Matsumoto, Ryo Onuma, Shin-ya Miyagishima, Goro Tanifuji, Masami Nakazawa, Yuichiro Kashiyama

  Abstract While photoautotrophic organisms utilize inorganic nitrogen as the nitrogen source, heterotrophic organisms utilize organic nitrogen and thus do not generally have an inorganic nitrogen assimilation pathway. Here, we focused on the nitrogen metabolism of Rapaza viridis, a unicellular eukaryote exhibiting kleptoplasty. Although belonging to the lineage of essentially heterotrophic flagellates, R. viridis exploits the photosynthetic products of the kleptoplasts and was therefore suspected to potentially utilize inorganic nitrogen. From the transcriptome data of R. viridis, we identified gene RvNaRL, which had sequence similarity to genes encoding nitrate reductases in plants. Phylogenetic analysis revealed that RvNaRL was acquired by a horizontal gene transfer event. To verify the function of the protein product RvNaRL, we established RNAi-mediated knock-down and CRISPR-Cas9-mediated knock-out experiments for the first time in R. viridis and applied them to this gene. The RvNaRL knock-down and knock-out cells exhibited significant growth only when ammonium was supplied. However, in contrast to the wild-type cells, no substantial growth was observed when nitrate was supplied. Such arrested growth in the absence of ammonium was attributed to impaired amino acid synthesis due to the deficiency of nitrogen supply from the nitrate assimilation pathway; this in turn resulted in the accumulation of excess photosynthetic products in the form of cytosolic polysaccharide grains, as observed. These results indicate that RvNaRL is certainly involved in nitrate assimilation by R. viridis. Thus, we inferred that R. viridis achieved its advanced kleptoplasty for photoautotrophy, owing to the acquisition of nitrate assimilation via horizontal gene transfer.

  Oxford University Press (OUP), 2023年05月, Plant And Cell Physiology

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• Nitrate Assimilation Underlying Kleptoplasty

  Moe Maruyama, Tsuyoshi Kagamoto, Yuga Matsumoto, Ryo Onuma, Shin-ya Miyagishima, Goro Tanifuji, Masami Nakazawa, Yuichiro Kashiyama

  2022年12月


• Life cycle and functional genomics of the unicellular red alga Galdieria for elucidating algal and plant evolution and industrial use

  Shunsuke Hirooka, Takeshi Itabashi, Takako M. Ichinose, Ryo Onuma, Takayuki Fujiwara, Shota Yamashita, Lin Wei Jong, Reiko Tomita, Atsuko H. Iwane, Shin-ya Miyagishima

  Sexual reproduction is widespread in eukaryotes; however, only asexual reproduction has been observed in unicellular red algae, including Galdieria , which branched early in Archaeplastida. Galdieria possesses a small genome; it is polyextremophile, grows either photoautotrophically, mixotrophically, or heterotrophically, and is being developed as an industrial source of vitamins and pigments because of its high biomass productivity. Here, we show that Galdieria exhibits a sexual life cycle, alternating between cell-walled diploid and cell wall–less haploid, and that both phases can proliferate asexually. The haploid can move over surfaces and undergo self-diploidization or generate heterozygous diploids through mating. Further, we prepared the whole genome and a comparative transcriptome dataset between the diploid and haploid and developed genetic tools for the stable gene expression, gene disruption, and selectable marker recycling system using the cell wall–less haploid. The BELL/KNOX and MADS-box transcription factors, which function in haploid-to-diploid transition and development in plants, are specifically expressed in the haploid and diploid, respectively, and are involved in the haploid-to-diploid transition in Galdieria , providing information on the missing link of the sexual life cycle evolution in Archaeplastida. Four actin genes are differently involved in motility of the haploid and cytokinesis in the diploid, both of which are myosin independent and likely reflect ancestral roles of actin. We have also generated photosynthesis-deficient mutants, such as blue-colored cells, which were depleted in chlorophyll and carotenoids, for industrial pigment production. These features of Galdieria facilitate the understanding of the evolution of algae and plants and the industrial use of microalgae.

  Proceedings of the National Academy of Sciences, 2022年10月, Proceedings of the National Academy of Sciences, 119(41) (41)

  研究論文（学術雑誌）


• Genome evolution of a nonparasitic secondary heterotroph, the diatom Nitzschia putrida

  Ryoma Kamikawa, Takako Mochizuki, Mika Sakamoto, Yasuhiro Tanizawa, Takuro Nakayama, Ryo Onuma, Ugo Cenci, Daniel Moog, Samuel Speak, Krisztina Sarkozi, Andrew Toseland, Cock van Oosterhout, Kaori Oyama, Misako Kato, Keitaro Kume, Motoki Kayama, Tomonori Azuma, Ken-ichiro Ishii, Hideaki Miyashita, Bernard Henrissat, Vincent Lombard, Joe Win, Sophien Kamoun, Yuichiro Kashiyama, Shigeki Mayama, Shin-ya Miyagishima, Goro Tanifuji, Thomas Mock, Yasukazu Nakamura

  Secondary loss of photosynthesis is observed across almost all plastid-bearing branches of the eukaryotic tree of life. However, genome-based insights into the transition from a phototroph into a secondary heterotroph have so far only been revealed for parasitic species. Free-living organisms can yield unique insights into the evolutionary consequence of the loss of photosynthesis, as the parasitic lifestyle requires specific adaptations to host environments. Here, we report on the diploid genome of the free-living diatom Nitzschia putrida (35 Mbp), a nonphotosynthetic osmotroph whose photosynthetic relatives contribute ca. 40% of net oceanic primary production. Comparative analyses with photosynthetic diatoms and heterotrophic algae with parasitic lifestyle revealed that a combination of gene loss, the accumulation of genes involved in organic carbon degradation, a unique secretome, and the rapid divergence of conserved gene families involved in cell wall and extracellular metabolism appear to have facilitated the lifestyle of a free-living secondary heterotroph.

  American Association for the Advancement of Science (AAAS), 2022年04月, Science Advances, 8(17) (17)

  研究論文（学術雑誌）


• Relationship between Cell Cycle and Diel Transcriptomic Changes in Metabolism in a Unicellular Red Alga.

  Takayuki Fujiwara, Shunsuke Hirooka, Ryudo Ohbayashi, Ryo Onuma, Shin-Ya Miyagishima

  Metabolism, cell cycle stages, and related transcriptomes in eukaryotic algae change with the diel cycle of light availability. In the unicellular red alga Cyanidioschyzon merolae, the S and M phases occur at night. To examine how diel transcriptomic changes in metabolic pathways are related to the cell cycle and to identify all genes for which mRNA levels change depending on the cell cycle, we examined diel transcriptomic changes in C. merolae In addition, we compared transcriptomic changes between the wild type and transgenic lines, in which the cell cycle was uncoupled from the diel cycle by the depletion of either cyclin-dependent kinase A or retinoblastoma-related protein. Of 4,775 nucleus-encoded genes, the mRNA levels of 1,979 genes exhibited diel transcriptomic changes in the wild type. Of these, the periodic expression patterns of 454 genes were abolished in the transgenic lines, suggesting that the expression of these genes is dependent on cell cycle progression. The periodic expression patterns of most metabolic genes, except those involved in starch degradation and de novo deoxyribonucleotide triphosphate synthesis, were not affected in the transgenic lines, indicating that the cell cycle and transcriptomic changes in most metabolic pathways are independent of the diel cycle. Approximately 40% of the cell-cycle-dependent genes were of unknown function, and approximately 19% of these genes of unknown function are shared with the green alga Chlamydomonas reinhardtii The data set presented in this study will facilitate further studies on the cell cycle and its relationship with metabolism in eukaryotic algae.

  2020年08月, Plant physiology, 183(4) (4), 1484 - 1501, 英語, 国際誌

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• Changes in the transcriptome, ploidy, and optimal light intensity of a cryptomonad upon integration into a kleptoplastic dinoflagellate.

  Ryo Onuma, Shunsuke Hirooka, Yu Kanesaki, Takayuki Fujiwara, Hirofumi Yoshikawa, Shin-Ya Miyagishima

  Endosymbiosis of unicellular eukaryotic algae into previously nonphotosynthetic eukaryotes has established chloroplasts in several eukaryotic lineages. In addition, certain unicellular organisms in several different lineages ingest algae and utilize them as temporal chloroplasts (kleptoplasts) for weeks to months before digesting them. Among these organisms, the dinoflagellate Nusuttodinium aeruginosum ingests the cryptomonad Chroomonas sp. and enlarges the kleptoplast with the aid of the cryptomonad nucleus. To understand how the cryptomonad nucleus is remodeled in the dinoflagellate, here we examined changes in the transcriptome and ploidy of the ingested nucleus. We show that, after ingestion, genes involved in metabolism, translation, and DNA replication are upregulated while those involved in sensory systems and cell motility are downregulated. In the dinoflagellate cell, the cryptomonad nucleus undergoes polyploidization that correlates with an increase in the mRNA levels of upregulated genes. In addition, the ingested nucleus almost loses transcriptional responses to light. Because polyploidization and loss of transcriptional regulation are also known to have occurred during the establishment of endosymbiotic organelles, these changes are probably a common trend in endosymbiotic evolution. Furthermore, we show that the kleptoplast and dinoflagellate are more susceptible to high light than the free-living cryptomonad but that the ingested nucleus reduces this damage.

  Springer Science and Business Media LLC, 2020年06月, The ISME journal, 14(10) (10), 2407 - 2423, 英語, 国際誌

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• Inventory and Evolution of Mitochondrion-localized Family A DNA Polymerases in Euglenozoa.

  Harada R, Hirakawa Y, Yabuki A, Kashiyama Y, Maruyama M, Onuma R, Soukal P, Miyagishima S, Hampl V, Tanifuji G, Inagaki Y

  2020年04月, Pathogens (Basel, Switzerland)

  研究論文（学術雑誌）


• Five Non-motile Dinotom Dinoflagellates of the Genus Dinothrix.

  Norico Yamada, Hiroto Sakai, Ryo Onuma, Peter G Kroth, Takeo Horiguchi

  Dinothrix paradoxa and Gymnodinium quadrilobatum are benthic dinoflagellates possessing diatom-derived tertiary plastids, so-called dinotoms. Due to the lack of available genetic information, their phylogenetic relationship remains unknown. In this study, sequencing of 18S ribosomal DNA (rDNA) and the rbcL gene from temporary cultures isolated from natural samples revealed that they are close relatives of another dinotom, Galeidinium rugatum. The morphologies of these three dinotoms differ significantly from each other; however, they share a distinctive life cycle, in which the non-motile cells without flagella are their dominant phase. Cell division occurs in this non-motile phase, while swimming cells only appear for several hours after being released from each daughter cell. Furthermore, we succeeded in isolating and establishing two novel dinotom strains, HG180 and HG204, which show a similar life cycle and are phylogenetically closely related to the aforementioned three species. The non-motile cells of strain HG180 are characterized by the possession of a hemispheroidal cell covered with numerous nodes, while those of the strain HG204 form aggregations consisting of spherical smooth-surface cells. Based on the similarity in life cycles and phylogenetic closeness, we conclude that all five species should belong to a single genus, Dinothrix, the oldest genus within this clade. We transferred Ga. rugatum and Gy. quadrilobatum to Dinothrix, and described strains HG180 and HG204 as Dinothrix phymatodea sp. nov. and Dinothrix pseudoparadoxa sp. nov.

  2020年, Frontiers in plant science, 11, 591050 - 591050, 英語, 国際誌

  研究論文（学術雑誌）


• Evolutionary Changes in DnaA-Dependent Chromosomal Replication in Cyanobacteria.

  Ryudo Ohbayashi, Shunsuke Hirooka, Ryo Onuma, Yu Kanesaki, Yuu Hirose, Yusuke Kobayashi, Takayuki Fujiwara, Chikara Furusawa, Shin-Ya Miyagishima

  Replication of the circular bacterial chromosome is initiated at a unique origin (oriC) in a DnaA-dependent manner in which replication proceeds bidirectionally from oriC to ter. The nucleotide compositions of most bacteria differ between the leading and lagging DNA strands. Thus, the chromosomal DNA sequence typically exhibits an asymmetric GC skew profile. Further, free-living bacteria without genomes encoding dnaA were unknown. Thus, a DnaA-oriC-dependent replication initiation mechanism may be essential for most bacteria. However, most cyanobacterial genomes exhibit irregular GC skew profiles. We previously found that the Synechococcus elongatus chromosome, which exhibits a regular GC skew profile, is replicated in a DnaA-oriC-dependent manner, whereas chromosomes of Synechocystis sp. PCC 6803 and Nostoc sp. PCC 7120, which exhibit an irregular GC skew profile, are replicated from multiple origins in a DnaA-independent manner. Here we investigate the variation in the mechanisms of cyanobacterial chromosome replication. We found that the genomes of certain free-living species do not encode dnaA and such species, including Cyanobacterium aponinum PCC 10605 and Geminocystis sp. NIES-3708, replicate their chromosomes from multiple origins. Synechococcus sp. PCC 7002, which is phylogenetically closely related to dnaA-lacking free-living species as well as to dnaA-encoding but DnaA-oriC-independent Synechocystis sp. PCC 6803, possesses dnaA. In Synechococcus sp. PCC 7002, dnaA was not essential and its chromosomes were replicated from a unique origin in a DnaA-oriC independent manner. Our results also suggest that loss of DnaA-oriC-dependency independently occurred multiple times during cyanobacterial evolution and raises a possibility that the loss of dnaA or loss of DnaA-oriC dependency correlated with an increase in ploidy level.

  2020年, Frontiers in microbiology, 11, 786 - 786, 英語, 国際誌

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• Responses of unicellular predators to cope with the phototoxicity of photosynthetic prey.

  Akihiro Uzuka, Yusuke Kobayashi, Ryo Onuma, Shunsuke Hirooka, Yu Kanesaki, Hirofumi Yoshikawa, Takayuki Fujiwara, Shin-Ya Miyagishima

  Feeding on unicellular photosynthetic organisms by unicellular eukaryotes is the base of the aquatic food chain and evolutionarily led to the establishment of photosynthetic endosymbionts/organelles. Photosynthesis generates reactive oxygen species and damages cells; thus, photosynthetic organisms possess several mechanisms to cope with the stress. Here, we demonstrate that photosynthetic prey also exposes unicellular amoebozoan and excavates predators to photosynthetic oxidative stress. Upon illumination, there is a commonality in transcriptomic changes among evolutionarily distant organisms feeding on photosynthetic prey. One of the genes commonly upregulated is a horizontally transferred homolog of algal and plant genes for chlorophyll degradation/detoxification. In addition, the predators reduce their phagocytic uptake while accelerating digestion of photosynthetic prey upon illumination, reducing the number of photosynthetic cells inside the predator cells, as this also occurs in facultative endosymbiotic associations upon certain stresses. Thus, some mechanisms in predators observed here probably have been necessary for evolution of endosymbiotic associations.

  2019年12月, Nature communications, 10(1) (1), 5606 - 5606, 英語, 国際誌

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• Discovery of a kleptoplastic 'dinotom' dinoflagellate and the unique nuclear dynamics of converting kleptoplastids to permanent plastids.

  Yamada N, Bolton JJ, Trobajo R, Mann DG, Dąbek P, Witkowski A, Onuma R, Horiguchi T, Kroth PG

  2019年07月, Scientific reports, 9(1) (1), 10474

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• Ultrastructure and phylogeny of a new species of mixotrophic dinoflagellate, Paragymnodinium stigmaticum sp. nov. (Gymnodiniales, Dinophyceae)

  Yokouchi Koh, Onuma Ryo, Horiguchi Takeo

  2018年, PHYCOLOGIA, 57(5) (5), 539 - 554

  [査読有り]


• Regulation of chloroplast and nucleomorph replication by the cell cycle in the cryptophyte Guillardia theta

  Ryo Onuma, Neha Mishra, Shin-Ya Miyagishima

  Nature Publishing Group, 2017年12月, Scientific Reports, 7(1) (1), 2345, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• Acidophilic green algal genome provides insights into adaptation to an acidic environment

  Shunsuke Hirooka, Yuu Hirose, Yu Kanesaki, Sumio Higuchi, Takayuki Fujiwara, Ryo Onuma, Atsuko Era, Ryudo Ohbayashi, Akihiro Uzuka, Hisayoshi Nozaki, Hirofumi Yoshikawa, Shin-ya Miyagishima

  2017年09月, PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA, 114(39) (39), E8304 - E8313, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• 円石藻Braarudosphaera bigelowii研究のこれまで・これから

  萩野恭子, 大沼亮, 高野義人, 富岡尚敬, 堀口健雄

  2017年07月, 月刊海洋, 115‐124, 日本語


• Extracellular calcification of Braarudosphaera bigelowii deduced from electron microscopic observations of cell surface structure and elemental composition of pentaliths

  Kyoko Hagino, Naotaka Tomioka, Jeremy R. Young, Yoshihito Takano, Ryo Onuma, Takeo Horiguchi

  2016年05月, MARINE MICROPALEONTOLOGY, 125, 85 - 94, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• Specificity of Chroomonas (Cryptophyceae) as a source of kleptochloroplast for Nusuttodinium aeruginosum (Dinophyceae)

  Ryo Onuma, Takeo Horiguchi

  2016年01月, PHYCOLOGICAL RESEARCH, 64(1) (1), 35 - 43, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• A new definition of Adenoides eludens, an unusual marine sand-dwelling dinoflagellate without cingulum, and Pseudadenoides kofoidii gen. & comb. nov for the species formerly known as Adenoides eludens

  Fernando Gomez, Ryo Onuma, Luis F. Artigas, Takeo Horiguchi

  2015年05月, EUROPEAN JOURNAL OF PHYCOLOGY, 50(2) (2), 125 - 138, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• Kleptochloroplast Enlargement, Karyoklepty and the Distribution of the Cryptomonad Nucleus in Nusuttodinium (= Gymnodinium) aeruginosum (Dinophyceae)

  Ryo Onuma, Takeo Horiguchi

  2015年05月, PROTIST, 166(2) (2), 177 - 195, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• Pellucidodinium psammophilum gen. & sp. nov. and Nusuttodinium desymbiontum sp. nov. (Dinophyceae), two novel heterotrophs closely related to kleptochloroplastidic dinoflagellates

  Ryo Onuma, Kunihiko Watanabe, Takeo Horiguchi

  2015年, PHYCOLOGIA, 54(2) (2), 192 - 209, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• Ankistrodinium armigerum sp. nov. (Dinophyceae), a new species of heterotrophic marine sand-dwelling dinoflagellate from Japan and Australia

  Kunihiko Watanabe, Yukiko Miyoshi, Fumiyasu Kubo, Ryo Onuma, Shauna Murray, Takeo Horiguchi

  2014年04月, PHYCOLOGICAL RESEARCH, 62(2) (2), 125 - 135, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• Discovery of an Endosymbiotic Nitrogen-Fixing Cyanobacterium UCYN-A in Braarudosphaera bigelowii (Prymnesiophyceae)

  Kyoko Hagino, Ryo Onuma, Masanobu Kawachi, Takeo Horiguchi

  2013年12月, PLOS ONE, 8(12) (12), e81749, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• Morphological Transition in Kleptochloroplasts after Ingestion in the Dinoflagellates Amphidinium poecilochroum and Gymnodinium aeruginosum (Dinophyceae)

  Ryo Onuma, Takeo Horiguchi

  2013年09月, PROTIST, 164(5) (5), 622 - 642, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）

• 渦鞭毛藻ヌスットディニウムの盗葉緑体現象

  大沼亮

  2023年05月, 月間「細胞」, 55(6) (6), 19 - 22, 日本語

  [招待有り]

  記事・総説・解説・論説等（その他）


• 盗葉緑体性渦鞭毛藻類ヌスットディニウムから探る細胞内共生の進化

  大沼亮

  2022年04月, 光合成研究, 32(1) (1), 27 - 37, 日本語

  [招待有り]

  記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）


• 盗葉緑体性渦鞭毛藻Nusuttodinium aeruginosumの共生クリプト藻から探る細胞内共生の進化

  大沼亮, 大沼亮, 廣岡俊亮, 藤原崇之, 兼崎友, 吉川博文, 宮城島進也

  2020年, 藻類, 68(1) (1)


• シアノバクテリアでは染色体複製におけるDnaA非依存への進化は複数回独立に起きている

  大林龍胆, 大林龍胆, 廣岡俊亮, 大沼亮, 兼崎友, 広瀬侑, 古澤力, 古澤力, 宮城島進也

  2020年, 日本ゲノム微生物学会年会要旨集, 14th


• シアノバクテリアの染色体複製におけるDnaA依存性の進化

  大林龍胆, 廣岡俊亮, 大沼亮, 広瀬侑, 兼崎友, 宮城島進也

  2019年, 日本分子生物学会年会プログラム・要旨集(Web), 42nd


• 単細胞紅藻における有性生殖過程の探索

  廣岡俊亮, 廣岡俊亮, 藤原崇之, 藤原崇之, 藤原崇之, 大沼亮, 兼崎友, 広瀬侑, 渡辺智, 吉川博文, 三角修己, 宮城島進也, 宮城島進也, 宮城島進也

  2019年, 日本植物学会大会研究発表記録, 83rd


• 比較ゲノム解析による好酸性緑藻の酸性環境への適応機構の解明

  廣岡俊亮, 廣岡俊亮, 広瀬侑, 兼崎友, 兼崎友, 樋口澄男, 藤原崇之, 藤原崇之, 藤原崇之, 大沼亮, 恵良厚子, 恵良厚子, 大林龍胆, 宇塚明洋, 宇塚明洋, 野崎久義, 吉川博文, 吉川博文, 宮城島進也, 宮城島進也, 宮城島進也

  2017年09月01日, 日本植物学会大会研究発表記録, 81st, 158, 日本語


• 藻類学最前線 ファイロトランスクリプトミクスで描く渦鞭毛藻類の進化

  大沼 亮

  日本藻類学会, 2017年07月10日, 藻類 = The Japanese journal of phycology, 65(2) (2), 96 - 99, 日本語


• 円石藻Braarudosphaera bigelowii研究のこれまで・これから (総特集 サンゴ礁科学研究(4)喜界島サンゴ礁科学研究所設立記念号)

  萩野 恭子, 大沼 亮, 高野 義人, 富岡 尚敬, 堀口 健雄

  海洋出版, 2017年, 海洋. 号外 = Kaiyo monthly : カラー版, (60) (60), 115 - 124, 日本語


• 形態と化学組成から探る円石藻Braarudosphaera bigelowiiの鱗片石灰化様式

  萩野恭子, 富岡尚敬, YOUNG Jeremy R, 高野義人, 大沼亮, 堀口健雄

  2016年03月10日, 藻類, 64(1) (1), 52, 日本語


• "盗葉緑体"は共生による葉緑体獲得の前段階 : 渦鞭毛藻に見る共生の初期進化メカニズムを解明へ (特集 真核細胞の共生由来オルガネラ研究最前線 : 広がり続ける多様性と機能)

  大沼 亮, 堀口 健雄

  エヌ・ティー・エス, 2016年03月, 遺伝 : 生物の科学, 70(2) (2), 131 - 135, 日本語


• 渦鞭毛藻類Nusuttodinium spp.における盗葉緑体拡大とクリプト藻核保持との関連

  大沼亮, 堀口健雄

  2015年03月10日, 藻類, 63(1) (1), 77, 日本語


• 淡水産渦鞭毛藻Gymnodinium aeruginosumにおけるクレプトクロロプラストの拡大とクリプト藻オルガネラの分配

  大沼亮, 堀口健雄

  2014年03月10日, 藻類, 62(1) (1), 53, 日本語


• クレプトクロロプラスト性無殻渦鞭毛藻クレードに属する従属栄養性渦鞭毛藻2種の分類と進化的位置づけ

  大沼亮, 渡邊邦彦, 堀口健雄

  2013年03月10日, 藻類, 61(1) (1), 60, 日本語


• 石狩産海岸砂地性従属栄養渦鞭毛藻類の分類学的研究

  渡邊邦彦, 大沼亮, 堀口健雄

  2012年07月10日, 藻類, 60(2) (2), 113, 日本語


• 渦鞭毛藻Amphidinium poecilochroumとGymnodinium aeruginosumにおけるクリプト藻取り込み後のクレプトクロロプラストの経時的微細構造観察

  大沼亮, 堀口健雄

  2012年07月10日, 藻類, 60(2) (2), 118, 日本語


• 渦鞭毛藻Gymnodinium aeruginosumのクレプトクロロプラストの経時的微細構造観察

  大沼亮, 原慶明, 堀口健雄

  2011年03月10日, 藻類, 59(1) (1), 54, 日本語

• 原生生物学事典

  矢﨑, 裕規, 新倉, 保, 猪飼, 桂, 矢吹, 彬憲, 永宗, 喜三郎, 松崎, 素道, 白鳥, 峻志, 島野, 智之, 小林, 富美惠

  分担執筆, 盗葉緑体, 朝倉書店, 2023年05月, 日本語, 国際共著していない, ISBN: 9784254171815

  事典・辞書

• 盗葉緑体性渦鞭毛藻類Nusuttodinium spp.における窒素同化機構の進化

  大沼 亮, 廣岡 俊亮, 藤原 崇之, 宮城島 進也

  日本藻類学会第50回大会, 2026年03月, 国内会議

  口頭発表（一般）


• 盗葉緑体性渦鞭毛藻類Nusuttodinium spp.における窒素同化とその進化

  大沼 亮, 廣岡 俊亮, 藤原 崇之, 宮城島 進也

  日本藻類学会第49回大会, 2025年03月, 日本語

  ポスター発表


• 盗葉緑体現象から探る藻類化の進化

  大沼亮

  第3回原核光合成生物シンポジウム, 2024年03月, 国内会議

  [招待有り]

  シンポジウム・ワークショップパネル（指名）


• 盗葉緑体性渦鞭毛虫類をモデルとした葉緑体獲得進化の解明

  大沼亮

  日本農芸化学会中部支部第197回例会, 2023年11月, 国内会議

  [招待有り]

  口頭発表（招待・特別）


• 盗葉緑体を維持する遺伝的・進化的メカニズム

  大沼亮

  日本共生生物学会第7回大会, 2023年11月, 国内会議

  [招待有り]

  口頭発表（招待・特別）


• Kleptoplasty in dinoflagellates Nusuttodinium spp. and insight into evolution of endosymbiosis

  Onuma R

  Fifth webinar of the IRN France-Japan Frontiers in Plant Biology, 2022年10月, 国際会議

  口頭発表（一般）


• 植物進化のミッシングリンク ―単細胞紅藻の有性生殖過程の発見―

  廣岡俊亮, 一ノ瀬孝子, 大沼亮, 藤原崇之, 山下翔大, Jong Lin, 冨田麗子, 岩根敦子, 宮城島進也

  日本植物学会第86回大会, 2022年09月, 国内会議

  口頭発表（一般）


• マヨレラ属アメーバとクロレラ属藻類の細胞内共生系における共生藻除去条件及び共生機構の解析

  山岸大祐, 石井悠, 大沼亮, 丸山真一朗, 宮城島進也, 河田 雅圭

  日本植物学会第86回大会, 2022年09月, 国内会議

  口頭発表（一般）


• 盗葉緑体性渦鞭毛虫ヌスットディニウムの共生藻リモデリング

  大沼亮

  日本植物学会第86回大会シンポジウム, 2022年09月, 国内会議

  [招待有り]

  シンポジウム・ワークショップパネル（指名）


• 葉緑体ドロボウは共生のはじまり？‐盗葉緑体現象から紐解く細胞内共生の進化

  大沼亮

  第21回日本分類学連合公開シンポジウム, 2022年01月, 国内会議

  [招待有り]

  公開講演，セミナー，チュートリアル，講習，講義等


• 渦鞭毛藻ヌスットディニウムの盗葉緑体現象と細胞内共生の進化

  大沼亮

  藻類談話会, 2021年11月, 国内会議

  公開講演，セミナー，チュートリアル，講習，講義等

• 日本藻類学会


• 日本植物学会

• 盗葉緑体現象から探る藻類創生の進化原理の解明

  大沼 亮

  科学技術振興機構, 戦略的な研究開発の推進 創発的研究支援事業, 神戸大学, 2024年 - 2030年, 研究代表者

  盗葉緑体現象とは、もともと葉緑体を持たない生物が、藻類を取り込んで一時的な細胞内共生を結ぶ現象で、藻類になる進化の解明には有用なモデルです。本研究は、盗葉緑体性渦鞭毛虫ヌスットディニウムを用いて、宿主-共生体間の物質輸送に関わる因子、やり取りされる物質を特定し、一時的な細胞内共生における物質輸送機構を解明することで、非光合成生物が藻類になる藻類創生の進化研究に革新的な知見を与えることを目指します。


• 細胞内共生を駆動する細胞外環境と混合栄養性生物の環境応答能の進化の解明

  大沼 亮

  日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 基盤研究(C), 神戸大学, 2023年04月01日 - 2026年03月31日

  水圏には光合成と捕食の両方を行う「混合栄養」と呼ばれる栄養摂取様式が普遍的であり、このような生物は周囲の環境によって光合成と捕食の割合を変えてエネルギーを得ることが知られている。しかしながら、培養・観測の難しさ故にその生理的・生態的な実態の把握は進んでいない。本研究では、盗葉緑体性（混合栄養性の一つ、他の生物の葉緑体を盗んで使う）渦鞭毛虫をモデルとして、盗葉緑体の形態や共生の状態が細胞外の環境に応じてどのように変化するのかを測定し、環境変動に応じた栄養摂取の転換を明らかにする。 本年度は当初の計画の２年目以降に実施する予定であった細胞外環境の変化に応じたトランスクリプトーム変動解析を行った。細胞外の窒素源を変えた共生体トランスクリプトーム解析では、共生状態では窒素欠乏への応答性が鈍化することが明らかとなった。また、宿主は細胞外の窒素の変化に応答して窒素代謝に関連する遺伝子群の発現を変化させることが明らかとなった。 また、本年度は対象となる渦鞭毛虫が安定して採集できる調査地の選定を行った。


• 光合成を基盤とした細胞内共生進化の初期における宿主細胞の進化過程の解明

  宮城島 進也, 小林 優介, 岩根 敦子, 大沼 亮

  日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 基盤研究(A), 国立遺伝学研究所, 2020年04月01日 - 2024年03月31日

  国立環境研究所のカルチャーコレクションより取り寄せたミドリゾウリムシから共生クロレラのクローン培養株を樹立した。本クローンを再度ゾウリムシ宿主に共生させ今後の研究用に利用する培養系を確立した。同様に神戸大学より取り寄せたミドリアメーバから共生クロレラ２種のクローン培養株をそれぞれ樹立した。そのうち１種（B株）を宿主アメーバに再共生させたところ宿主アメーバに長期に維持されるが、もう１種（A株）は宿主アメーバに短期間しか維持されないことが判明した。上記のようにして準備した培養系を用い、クロレラの単独培養とそれぞれゾウリムシおよびアメーバ宿主との共生状態について共生クロレラのトランスクリプトーム情報を取得することに成功した。 上記と並行して、今後の藻食アメーバに関する研究のために、屋外より海水性の珪藻食アメーバを単離し、培養株を確立することに成功した。 また、盗葉緑体性鞭毛虫については、以前より維持している長期の盗葉緑体現象培養系を用いて、鞭毛虫に取り込まれるクリプト藻の経時変化に関する論文の改定を行い、研究内容の受理・発表に至った。さらに短期の盗葉緑体現象培養系（捕食に近い）の研究用のクリプト藻株と盗葉緑体性鞭毛虫との二員培養系の樹立に成功した。


• 盗葉緑体性渦鞭毛虫類における無機窒素同化機構とその進化の解明

  大沼 亮

  日本学術振興会, 科学研究費助成事業 若手研究, 若手研究, 国立遺伝学研究所, 2020年04月01日 - 2023年03月31日

  光合成性真核生物は、細胞外から無機窒素を取り込み、葉緑体でアミノ酸を合成する（＝窒素同化）。葉緑体は細胞内共生に由来するオルガネラであるため、窒素同化機構は細胞内共生進化過程で成立したものと推測されるが、その過程は不明である。渦鞭毛虫類Nusuttodinium spp.は、単細胞藻類を細胞内に取り込み一時的な共生関係を生じる（＝盗葉緑体現象）系統群であり、細胞内共生進化における葉緑体獲得の前段階と解釈される。申請者の研究により、N. aeruginosumは外界から無機窒素源を取り込み、共生藻に供与する機構を獲得していることが示唆されたが、その分子機構と起源は不明である。本研究では、宿主である渦鞭毛虫の無機窒素同化及び輸送に関連する遺伝子群の同定と共生関係維持における機能の解析を行うことを目的とする。令和3年度は、宿主渦鞭毛虫＋共生クリプト藻（Chroomonas sp.Dc01株、またはHrL01株）を窒素欠乏培地で培養した際のトランスクリプトームと、NO3-、NO2-、NH4+培地で培養した際のトランスクリプトームを比較し、宿主及び共生体のトランスクリプトームの変動を解析した。さらに、渦鞭毛虫細胞内に共生した状態と自由生活条件でのクリプト藻のトランスクリプトームの変動を解析するため、クリプト藻Chroomonas sp.Dc01株、及びHrL01株を窒素欠乏培地、NO3-、NO2-、NH4+培地で培養した際のトランスクリプトームを取得し、解析を行った。また、渦鞭毛虫が持つ硝酸還元酵素の変異体作出のため、培養条件の検討を行った。


• 盗葉緑体性渦鞭毛藻の細胞内共生に必要な宿主・共生体の内的変化と外的環境要因の解明

  大沼 亮

  日本学術振興会, 科学研究費助成事業 特別研究員奨励費, 特別研究員奨励費, 国立遺伝学研究所, 2018年04月25日 - 2021年03月31日

  細胞内共生は宿主と共生体だけではなく、宿主、共生体、細胞外環境が密接に関連しあって成立する現象である。本研究では、共生の成立と維持に求められる宿主と共生体の生理的要因と細胞外の環境要因を特定することを目的とする。そのために、本研究では盗葉緑体現象を対象とし、宿主渦鞭毛藻と共生クリプト藻双方に起こる生理的変化、及び細胞外環境が共生関係に及ぼす影響を理解する。 平成30年度は、Nusuttodinium aeruginosumの一時的な共生関係における宿主と共生体双方の生理的変化を明らかにするため、宿主渦鞭毛藻及びクリプト藻の明暗に応じたトランスクリプトーム変動解析を行った。また、共生藻であるクリプト藻の生理的変化を明らかにするため、共生前での明暗に応じたトランスクリプトーム変動解析を行い、共生後の変動との比較を行った。共生藻の変化に着目して解析を行った結果、共生条件では葉緑体に標的されるタンパク質をコードした遺伝子群の多くが、自由生活条件に比べて有意に発現上昇することが明らかとなった。これらの葉緑体関連遺伝子群の発現上昇が葉緑体の著しい拡大に寄与していると示唆された。 上記の解析と並行して、宿主側の生理的変化を明らかにするためするため、宿主渦鞭毛藻の明暗に応じたトランスクリプトーム変動解析を行った。宿主渦鞭毛藻では、無機窒素の取り込みに関する遺伝子群が明条件で発現上昇することが示された。このことから、N. aeruginosumは、共生藻の光合成が起こる明期に、細胞外から硝酸を取り込んで共生藻に供給していると考えられる。重要だと思われる遺伝子については、そのタンパク質の抗体を作成し、解析を進行させている。


• Nusuttodinium属渦鞭毛藻における共生藻との親密化機構の解明

  大沼 亮

  日本学術振興会, 科学研究費助成事業 若手研究(B), 若手研究(B), 国立遺伝学研究所, 2017年04月01日 - 2020年03月31日

  葉緑体は、光合成生物が非光合成生物に取り込まれ、2つの細胞が統合されたことに由来するオルガネラである。しかし、宿主がどのように特定の共生藻と共生確立までの関係を築き、共生成立に至ったのかは未だ解明されていない。この問題を解明するため、クリプト藻を特異的に取り込んで盗葉緑体とする渦鞭毛藻類Nusuttodinium spp.を対象する。これまでの代表者の研究によって、Chroomonas sp. Dc01株を与えたN. aeruginosumでは、盗葉緑体の拡大、クリプト藻核の維持、宿主細胞との同調分裂が起こることを明らかにした。さらに、本種では与えるクリプト藻の種によって盗葉緑体の形状が異なることが示唆されている。本研 究では、異なる2種のクリプト藻を与えた時の詳細な形態観察と盗葉緑体現象の差異を生み出す遺伝基盤を明らかにすることで、特定の藻類と共生関係を親密化させる機構を解明することを目的とした。 平成30年度は、2種のChroomonas spp.を与えた時の共生状態の変化を形態的に観察し、比較を行った。Dc01株を与えた際には、渦鞭毛藻内に取り込まれたクリプト藻核が徐々に拡大していく一方で、HrL01株を与えた場合はクリプト藻核の拡大が起こらないことを見出した。 また、前年度のトランスクリプトーム解析を継続して行ったところ、宿主渦鞭毛藻のトランスクリプトームから、無機窒素同化に重要な幾つかの遺伝子が見出され、これらのタンパク質に対して抗体を作成し、局在解析を行った。さらに、窒素源を変動させた培養実験では、Dc01株を与えた場合、窒素源を添加していない培地で渦鞭毛藻が増殖しないのに対し、HrL01株を与えた場合は培地中に無機窒素を添加していなくても渦鞭毛藻が増殖することを見出した。


• Nusuttodinium属渦鞭毛藻における盗葉緑体拡大・分裂機構の解明

  大沼 亮

  日本学術振興会, 科学研究費助成事業 研究活動スタート支援, 研究活動スタート支援, 国立遺伝学研究所, 2015年08月28日 - 2017年03月31日, 研究代表者

  渦鞭毛藻Nusuttodinium aeruginosumはクリプト藻の葉緑体を取り込んで細胞内に保持する盗葉緑体現象を示す。本研究で行った発現遺伝子解析により、クリプト藻の核は渦鞭毛藻細胞内でも広範な転写活性を維持し、光合成、無機窒素同化が行われていることが示唆された。一方で、細胞周期関連遺伝子群の発現量は低下しており、クリプト藻細胞周期進行が停止していることが示唆された。 また、盗葉緑体同調分裂機構の解明のため、クリプト藻Guillardia thetaを用いて葉緑体分裂制御機構の解析を行い、葉緑体分裂のタイミングはクリプト藻の核にコードされる因子によって制御されることが示唆された。

  競争的資金