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

  Hirooka S, Fujiwara T, Seger M, Inagaki S, Yamashita S, Tsujino D, Onuma R, Kanesaki Y, Watanabe S, Hirose Y, Ohbayashi R, Takusagawa M, Zhou B, Tomita R, Yagisawa F, Lammers P, Iwane AH, Miyagishima SY

  The Plant cell     2026年06月 [ 査読有り ]

  掲載種別: 研究論文（学術雑誌）

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• A high-yield protein expression platform in the unicellular red alga Cyanidioschyzon merolae.

  Mogi Y, Tsushima S, Nagai S, Gima S, Yagisawa F, Yoshida Y

  Journal of cell science   139 ( 4 )   2026年01月 [ 査読有り ]

  掲載種別: 研究論文（学術雑誌）

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  The production of engineered proteins in transgenic cells is widely used in research, medicine and industry. However, conventional cell-based production systems still face challenges in cost, scalability and biosafety. Here, we present a recombinant protein expression platform with simplified purification based on the photosynthetic unicellular red alga Cyanidioschyzon merolae, which can be cultivated under highly acidic conditions using only inorganic nutrients, air, water and light. We first identified a promoter that drives high-level constitutive gene expression throughout the cell cycle, resulting in substantial mRNA accumulation in C. merolae. A stable transformant expressing His-tagged mVenus under the control of this promoter accumulated the recombinant protein to more than 1% of total soluble protein. The simple cellular architecture of C. merolae, including the absence of a cell wall, enables efficient protein extraction via a single freeze-thaw cycle, followed by purification using immobilized metal affinity chromatography (IMAC), yielding ∼13.9 mg of functional recombinant protein per gram of total soluble protein. Owing to its low cost, scalability, operational simplicity and minimal risk of contamination, this Cyanidioschyzon-based platform offers a practical and promising approach to recombinant protein production in a photosynthetic eukaryote.

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• Temperature-dependent photostasis and nitrogen limitation in streamlined-genome red algae Cyanidiophyceae from natural habitats.

  Tsujino D, Fujiwara T, Yamashita S, Tamashiro K, Izumi J, Yagisawa F, Zhou B, Hirooka S, Sunada Y, Sonoike K, Miyagishima SY

  The ISME journal   20 ( 1 )   2026年01月 [ 査読有り ]

  掲載種別: 研究論文（学術雑誌）

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• 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

  ■■■ ( Cold Spring Harbor Laboratory )    2025年10月 [ 査読有り ]

  掲載種別: 研究論文（その他学術会議資料等）

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  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.

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• Costs of photosynthesis and cellular remodeling in trophic transitions of the unicellular red alga Galdieria partita.

  Yamashita S, Hirooka S, Fujiwara T, Zhou B, Yagisawa F, Tamashiro K, Murakami H, Awai K, Miyagishima SY

  Communications biology   8 ( 1 ) 891   2025年06月 [ 査読有り ]

  掲載種別: 研究論文（学術雑誌）

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著書 【 表示 ／ 非表示 】

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• Cyanidioschyzon merolae: A New Model Eukaryote for Cell and Organelle Biology

  Yagisawa F, Imoto Y, Fujiwara T, Miyagishima S ( 担当: 共著 , 担当範囲: 16. Single-Membrane-Bound organelles: Division and Inheritance )

  Springer  2018年02月 ( 担当ページ: p.235-249 )

MISC（その他業績・査読無し論文等） 【 表示 ／ 非表示 】

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• 単細胞紅藻Cyanidioshyzon merolaeの細胞質分裂におけるESCRTの役割

  八木沢芙美, 八木沢芙美, 藤原崇之, 藤原崇之, 藤原崇之, 宮城島進也, 宮城島進也, 宮城島進也, 中村宗一, 黒岩晴子, 黒岩常祥

  日本植物学会大会研究発表記録   81st   161   2017年09月

   

  J-GLOBAL

• ミトコンドリア分裂リングを形成する新規ミトコンドリア分裂遺伝子MDR1の同定と機能解析

  吉田大和, 黒岩晴子, 嶋田崇史, 吉田昌樹, 大沼みお, 藤原崇之, 井元祐太, 八木沢芙美, 西田敬二, 廣岡俊亮, 三角修己, 茂木祐子, 赤壁善彦, 松下一信, 黒岩常祥

  日本原生生物学会大会講演要旨集   50th   20   2017年

   

  J-GLOBAL

• 紅藻シゾンと極小緑藻メダカモから真核細胞の誕生・増殖の基本原理を探る

  黒岩常祥, 黒岩常祥, 黒岩晴子, 黒岩晴子, 永田典子, 三角修己, 三角修己, 田草川真理, 田草川真理, 井元祐太, 八木沢芙美, 乾弥生, 松永幸大

  日本植物学会大会研究発表記録   80th   190   2016年09月

   

  J-GLOBAL

• Sphingolipids Activate an ER Stress Surveillance (ERSU) Pathway that Monitors the Proper Inheritance of Functional Endoplasmic Reticulum (ER) During the Yeast Cell Cycle.

  M. Niwa, F. Yagisawa, F. Pina-Nunez, J. T. Chao, A. B. Tam

  MOLECULAR BIOLOGY OF THE CELL   26   2015年

   

科研費獲得情報 【 表示 ／ 非表示 】

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• 紅藻におけるMYB転写因子とポリリン酸代謝が介するリン酸飢餓応答機構の解明

  基盤研究(C)

  課題番号: 25K09727

  研究期間: 2025年04月  -  2028年03月 

  代表者: 八木沢 芙美 

  直接経費: 3,600,000（円）  間接経費: 4,680,000（円）  金額合計: 1,080,000（円）

• 真核光合成生物における貯蔵物質代謝を介した生存戦略の解明

  基盤研究(C)

  課題番号: 22K06299

  研究期間: 2022年04月  -  2025年03月 

  直接経費: 3,200,000（円）  間接経費: 960,000（円） 

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  物は無機および有機養分の枯渇に備えてこれらを貯蔵し、必要時に利用する。このような貯蔵物質の合成と分解は、生物の持つ最も基本的な生存戦略の一つであるが、この戦略を支えるしくみはよく分かっていない。たとえば、貯蔵物質の合成と分解の切り替えは直近の代謝経路だけでなく、他の代謝経路群の変動も必要とすることが予想されるが、このような包括的な変動はほとんど議論されていない。本研究では、ゲノムサイズが小さく遺伝子組換え技術が確立された単細胞藻類をモデルに、貯蔵物質の合成・分解の切り替えに伴う細胞全体の代謝変動などを解析し、光合成生物における貯蔵物質代謝を介した生存戦略を明らかにする。

• 微細藻類のオルガネラ分裂機構を基盤に植物細胞の基を解く

  基盤研究(B)

  課題番号: 22H02657

  研究期間: 2022年04月  -  2025年03月 

  代表者: 黒岩 常祥, 永田 典子, 八木沢 芙美 

  直接経費: 13,600,000（円）  間接経費: 17,680,000（円）  金額合計: 4,080,000（円）

• 真核光合成生物における貯蔵物質代謝を介した生存戦略の解明

  基盤研究(C)

  課題番号: 22K06299

  研究期間: 2022年04月  -  2025年03月 

  代表者: 八木沢 芙美 

  直接経費: 3,200,000（円）  間接経費: 4,160,000（円）  金額合計: 960,000（円）

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  生物は栄養の枯渇など細胞が増殖・成長できない環境下においても、長期間、生存することがある。光合成真核生物におけるこのような非増殖・非成長下における細胞の生存戦略は、貯蔵物質の代謝変動を含め、ほとんど理解されていない。本研究では、(1) 真核の光合成生物としてゲノムサイズが最小クラスであり（~20 Mb）、(2) 幅広い環境で生存でき、(3) 形質転換系が確立された単細胞紅藻 Galdieria （ガルデリア）等をモデルとして研究を進めている。2022年度は、解析に必要な実験系を構築するため、細胞が非増殖・非成長下において生存する条件を探索した。以下に内容を示す。 <BR> 1. 炭素（C）の欠乏による条件：ガルデリアを糖添加培地において培養した後、糖を含まない培地で培養した。糖欠乏下においてガルデリアは増殖を停止させる一方、長期に渡って生存できることが明らかとなった。なお、光合成による影響を排除するため、培養は全て暗所で行った。また、糖欠乏下において、細胞やオルガネラに起こる形態変化が明らかとなった。 2. Cや光の不足以外の要因による条件：通常の独立栄養培地 (糖を含まない無機培地) をベースに培地組成等を検討し、Cや光の不足以外の要因によって、非増殖・非成長下において細胞が生存する条件を検討し、目的の条件を得た。1と同様に細胞や細胞内の形態変化が明らかとなった。 3. 2の条件において、明所と暗所で培養を行った。生存率等に違いが見られたことから、細胞が増殖・成長せず、生存するための応答が光環境によって異なることが示唆された。

• オルガネラ分裂/増殖機構を基盤にした真核植物細胞の基のゲノム形態学的解明

  基盤研究(B)

  課題番号: 19H03260

  研究期間: 2019年04月  -  2022年03月 

  代表者: 黒岩 常祥, 永田 典子, 八木沢 芙美 

  直接経費: 13,100,000（円）  間接経費: 17,030,000（円）  金額合計: 3,930,000（円）

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  真核生物に共通のオルガネラの増殖を考慮した細胞分裂の機構を、原始紅藻 C.merolae (シゾン）を基盤に調べた。各包膜オルガネラが分裂装置を使って順次分裂すること、更に各分裂装置の構成物質を確かめた。分裂したオルガネラの分配にTOP（キネシン様物質）が働き細胞核分裂を起こし、次に細胞膜の収縮物質(EF1α)が作動した。窪んだ中央細胞膜に収縮分子類（ESCRTIII, ALIX, VPS4等）が現れ分裂を促した。ESCRTIIIは「電子密度の高いリング」と複合体を形成し、最終分断を起こすと推定され、類似のリングはメダカモでも観察された。またシゾンにおいて中期染色体構造が確認された。

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