褐藻類が配偶相手を選択する仕組みを解明 (How brown algae choose their mates)

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2026-05-28 マックス・プランク研究所

ドイツ・マックスプランク生物学研究所(MPI for Biology Tübingen)の研究チームは、褐藻類における受精と種特異性を制御する新規タンパク質「PKN(Pickiness-Associated Protein)」を発見した。研究では、褐藻EctocarpusやScytosiphonを用いた解析により、PKNが雌性配偶子の表面で発現し、雄性配偶子との認識に不可欠な役割を果たすことを明らかにした。PKN遺伝子を欠損させると、雄性配偶子は雌性配偶子へ誘引されるものの受精は成立しなかった。また、PKNは近縁種間の交雑も防いでおり、生殖隔離を維持する「分子ゲートキーパー」として機能することが示された。構造解析では、PKNが糖鎖修飾を受けた細胞外ドメインを持ち、糖鎖依存的な細胞認識に関与することが示唆された。褐藻類は動物や陸上植物とは独立した進化系統であり、本研究は生物界に共通する受精機構の進化を理解する上で重要な知見を提供する。PKNは真核生物で確認された数少ない受精制御因子の一つであり、種形成や生殖進化の分子基盤解明につながる成果である。

褐藻類が配偶相手を選択する仕組みを解明 (How brown algae choose their mates)
Gametes of the brown algae species Ectocarpus during fertilization.
© Meri Nehlsen/ Max Planck Institute for Biology Tübingen, Germany

<関連情報>

PKNは褐藻類における性別および種特異的な受精因子である PKN is a sex- and species-specific fertilization factor in brown algae

Masakazu Hoshino ∙ Meri Nehlsen ∙ Rita A. Batista ∙ … ∙ Kazuhiro Kogame ∙ Vikram Alva ∙ Susana M. Coelho
Current Biology  Published:May 26, 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.cub.2026.04.065

Highlights

  • A female gamete protein (PKN) is essential for fertilization in brown algae
  • PKN acts as a molecular gatekeeper, enforcing species-specific fertilization
  • PKN has no homology to known eukaryotic fertilization factors

Summary

Fertilization, the fusion of male and female gametes, is fundamental to sexual reproduction, yet the molecular mechanisms that mediate gamete recognition and enforce species specificity remain poorly understood, and only a handful of proteins are known to act as core fertilization factors across eukaryotes. Here, we identify PICKINESS-ASSOCIATED PROTEIN (PKN), a female gamete-specific transmembrane protein, as an essential determinant of fertilization in brown algae. CRISPR-Cas-mediated knockout of PKN abolishes successful male-female gamete interactions and prevents fertilization without affecting earlier mating behaviors, such as gamete attraction. Remarkably, PKN also enforces reproductive isolation by preventing interspecific fertilization, establishing it as a molecular gatekeeper of species specificity. Structural analyses reveal extracellular β-propeller and mucin-like domains enriched in predicted glycosylation sites and displaying rapid sequence evolution. Functional and comparative analyses suggest that PKN-dependent recognition mechanisms are conserved across diverse brown algal lineages. Because PKN originated within brown algae, its dual role in mediating both male-female gamete recognition and species-specific fertilization reveals a striking conceptual parallel with fertilization factors described in animals, suggesting that evolution repeatedly converges on lineage-specific gamete-expressed membrane proteins as key arbiters of reproductive recognition.

細胞遺伝子工学
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