| Project Area | Creation of holobiont molecular sciences by integrating biosphere and molecular informatics |
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| Project/Area Number |
23H03823
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
恒松 雄太 名古屋大学, 生命農学研究科, 准教授 (30629697)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
酒井 隆一 北海道大学, 水産科学研究院, 教授 (20265721)
北 将樹 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (30335012)
犬塚 俊康 岐阜大学, 高等研究院, 准教授 (50467271)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2025)
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| Budget Amount *help |
¥50,440,000 (Direct Cost: ¥38,800,000、Indirect Cost: ¥11,640,000)
Fiscal Year 2025: ¥18,200,000 (Direct Cost: ¥14,000,000、Indirect Cost: ¥4,200,000)
Fiscal Year 2024: ¥18,200,000 (Direct Cost: ¥14,000,000、Indirect Cost: ¥4,200,000)
Fiscal Year 2023: ¥14,040,000 (Direct Cost: ¥10,800,000、Indirect Cost: ¥3,240,000)
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| Keywords | ホロビオント / サンゴ / 共生 / 天然物 / 遺伝子改変 / ゲノム / 特化代謝産物 / 生理活性 / 化学物質 / 鍵物質 / 渦鞭毛藻 |
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| Outline of Research at the Start |
天然有機化合物(天然物)は各々の生物種に備えられた特殊な代謝機構を介して生合成される物質である。化学構造的多様性が高く、歴史的には医薬品開発の探索源などとして利用されてきた。その一方、実環境に目を移すと、各生産生物がどのような意図で天然物産生を行っているのか?産生された物質の生態における生理的機能や役割は何か?といった根本的な問いについては理解が進んでいない。そこで本研究ではサンゴ-褐虫藻-細菌叢間の共生系に着目し、これら生物間において相互作用に働く鍵物質を同定する。「物質を介して生態系を俯瞰する」という新しい観点を基にした生物圏の生態情報と物質機能情報を紐付ける新たな研究手法を確立する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究班は、サンゴ－褐虫藻－細菌叢からなるホロビオント環境において、生物間相互作用を制御する鍵物質を同定し、その生理的機能や作用機序を明らかにすることを目的としている。今年度は、イワスナギンチャクを中心とした共生環境下における代謝産物の網羅的解析に加え、渦鞭毛藻や褐虫藻に由来する新規化合物の単離・構造解析を通じて、物質ベースでの共生制御メカニズムの理解を進めた。基幹テーマであるイワスナギンチャクと渦鞭毛藻に関する研究では、ゲノム・トランスクリプトームデータを取得したが、前者については共生バクテリアの多さから高品質なデータが得られなかった。一方、渦鞭毛藻のトランスクリプトームからは比較的大型のポリケチド合成酵素が確認された。代謝産物プロファイルの解析ではUHPLC-MSを活用し、共生関連化合物候補のスクリーニングを継続している。分担者北は、培養褐虫藻エキスおよび天然物ライブラリを用いたバイオアッセイにより、自由遊泳型褐虫藻の鞭毛運動を停止させ共生型に誘導する活性物質の候補を得た。現在、誘導体を用いた局在解析や標的分子の同定を進めており、共生制御機構の理解に資する成果が得られている。一方、分担者犬塚は、渦鞭毛藻Symbiodinium sp.由来の新規長鎖ポリオール「symbiodinol C（分子量2876）」を抽出物から多段階分離により高純度で単離し、NMR・IR・加水分解実験を組み合わせて構造を解明した。本化合物は共生維持に関与する可能性があり、今後の機能解析が期待される。以上より本年度は、ホロビオント分子科学の構築に資する有望な化合物の取得と基盤データの蓄積に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究班では、サンゴ－褐虫藻－細菌叢からなるホロビオント環境における共生制御物質の同定と作用機序の解明を目指し、分子化学・生物学・ゲノミクスを融合した分野横断型研究を展開している。今年度は、昨年度に引き続き、主要対象であるイワスナギンチャクおよび渦鞭毛藻のトランスクリプトーム解析を進めるとともに、代謝産物の網羅的プロファイリングを実施し、共生に関与する酵素群や化合物候補を複数同定した。イワスナギンチャクのゲノム解析では、共生バクテリア混在による課題はあるものの、複数種から有用なトランスクリプトームデータを取得し、共生状態に特異的に発現する遺伝子群のスクリーニングを進行中である。一方、渦鞭毛藻のトランスクリプトームからは、ポリケチド合成酵素（PKS）と推定される大型遺伝子配列を検出し、未知の生理活性物質の生合成との関連が示唆された。代謝産物解析では、名古屋大学導入のUHPLC-MSを活用し、スナギンチャクや褐虫藻由来抽出物の精密プロファイリングを行い、共生誘導・維持に関わる可能性のある化合物候補群を得た。分担者・北の研究では、褐虫藻の鞭毛運動を停止させ共生型に誘導する活性天然物を同定し、その誘導体を用いた局在解析・標的分子探索を進めている。また、分担者・犬塚は、Symbiodinium sp.由来の新規長鎖ポリオール「symbiodinol C」の単離・構造解析を達成した。多段階分離とNMR・IR・加水分解解析により、既知の類縁化合物との関連性を明らかにしつつ独自構造を解明した。本化合物は共生維持に関与する可能性が高く、今後の機能解析の中核的対象となる。以上より、物質・遺伝子・表現型の連関に注目した分子基盤の整備が進み、ホロビオント分子科学の構築に向けて着実な前進が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究班では、これまでに取得したトランスクリプトームデータや代謝産物プロファイルに基づき、共生状態に関与する化合物および関連遺伝子の絞り込みを進めてきた。今後は、これらの候補分子の生合成経路の解明と、その機能的役割の明確化を中心に据えて研究を推進する。具体的には、イワスナギンチャクと褐虫藻の共生・非共生種間におけるゲノム・トランスクリプトーム・代謝物の統合解析をさらに深化させ、共生に伴う分子機構の変化を網羅的に把握する。また、渦鞭毛藻においては、既に同定されたポリケチド合成酵素（PKS）様遺伝子について、発現解析および機能アノテーションを進め、その産生物の構造・活性・局在解析を通じて、未知の化合物が共生に果たす役割の解明を目指す。分担者・北による共生誘導活性物質に関しては、誘導体の構築およびバイオイメージングによる局在解析を進行させるとともに、標的分子の特定と構造-活性相関の体系化を行い、共生制御ツールとしての展開可能性を探る。分担者・犬塚によって単離・構造解析された長鎖ポリオール化合物symbiodinol Cについては、今後その生合成遺伝子クラスターの探索や異種発現系での再構築、生理機能の網羅的検定を通じて、共生維持機構との関連性を分子レベルで明確にする。
分担者・酒井によってスナギンチャクより構造決定された新規化合物についても共生との関連性を調査する。さらに、得られた化合物情報・遺伝子データ・生物学的表現型を統合し、ホロビオントにおける分子ネットワークやシグナル伝達系の可視化とモデリングを試みることで、「ホロビオント分子科学」の学理的体系化と将来的な応用展開への足がかりを築く。
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