深海熱水由来超好熱菌のゲノムとメタゲノム解析に基づく有用遺伝子ライブラリーの構築

• Project/Area Number: 13J02043
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: General fisheries
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 大福 高史 京都大学, 農学研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000); Fiscal Year 2014: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2013: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 超好熱古細菌 / ゲノム解析 / 耐熱性酵素 / 全ゲノム解読 / ゲノムシンテニー / ウイルス / ゲノム多様化 / 重金属の輸送酵素

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、好熱古細菌の有する耐熱性に優れた酵素の利用に向けた基盤構築を目的としている。今年度の成果は以下の通りである。
(1) 好熱性クレンアーキオータ門古細菌が有する有用遺伝子資源のカタログ化
自然環境からのDNA抽出法の確立が困難であったため、未培養古細菌を含む微生物のDNAを網羅的にシーケンスできるメタゲノム解析には至らなかった。しかしながら、海洋や陸地の熱水環境に生息する(超)好熱菌から構成されるクレンアーキオータ門に属する古細菌分離株について、産業上有用な遺伝子資源のカタログ化に成功した。クレンアーキオータ門古細菌の9属26種から合計43株のゲノム配列をNCBIのReference Sequence databaseより得て、同属内合計240ペアの古細菌を網羅的にゲノム比較した。それぞれの古細菌は多くの独自の代謝関連遺伝子を保有していた。代謝関連遺伝子の機能を詳細に解析した結果、エネルギー生産やアミノ酸代謝に関与する遺伝子が多く認められた。好熱古細菌が保有する遺伝子がコードする酵素は高い耐熱性が見込まれ、将来的な応用利用が期待できる。
(2) 好熱性クレンアーキオータ門古細菌のゲノム進化の様式
クレンアーキオータ門古細菌の進化に関する学術的に重要な知見を得た。進化とともにゲノム上の遺伝子の位置関係が変化する古細菌は、多様な環境適応を示すゼネラリストである一方、海洋性超好熱古細菌エアロパイラム属を含む10ペアのクレンアーキオータ門古細菌は、ゲノム縮小化が起こった後、自身の生息環境に適応したスペシャリストであると推察された。スペシャリストではその祖先生物で不必要な遺伝子を脱落させ、遺伝子レパートリーが類似していることが示された。さらにスペシャリストは、自身のゲノムの変化を許容しにくいものの、ウイルスと相互作用することでゲノム可塑性を示すことが示唆された。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Variation of the virus-related elements within syntenic genomes of the hyperthermophilic archaeon Aeropyrum. (2013)
  • Author(s): Daifuku, T., Yoshida, T., Kitamura, T., Kawaichi, S., Inoue, T., Nomura, K., Yoshida, Y, Kuno, S., and Sako, Y.
  • Journal Title: Applied Environmental Microbiology Volume: 79巻 Issue: 19 Pages: 5891-5898
  • DOI: 10.1128/aem.01089-13
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Genome variation in the hyperthermophilic archaeon Aeropyrum. (2013)
  • Author(s): Daifuku, T., Yoshida, T., and Sako, Y.
  • Journal Title: Mobile Genetic Elements Volume: 3巻 Issue: 5 Pages: e26833-e26833
  • DOI: 10.4161/mge.26833
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cysteine 295 indirectly affects Ni coordination of carbon monoxide dehydrogenase-II C-cluster. (2013)
  • Author(s): Takahiro Inoue, Kyosuke Takao, Takashi Yoshida, Kei Wada, Takashi Daifuku, Yasuko Yoneda, Keiichi Fukuyama, & Yoshihiko Sako.
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Researcr Communications Volume: 441 Issue: 1 Pages: 13-17
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2013.09.143
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Quantitative detection of carboxydotrophic bacteria Carboxydothermus in a hot aquatic environment. (2013)
  • Author(s): Yasuko Yoneda, Takashi Yoshida, Takashi Dafiuku, Takayuki Kitamura, Takahiro Inoue, Sanae Kano, Yoshihiko Sako.
  • Journal Title: Fundamental and Applied Limnology Volume: 182 Issue: 2 Pages: 161-170
  • DOI: 10.1127/1863-9135/2013/0374
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 好熱古細菌クレンアーキオータ門のゲノム進化 (2014)
  • Author(s): ◯大福高史、吉田天士、左子芳彦.
  • Organizer: 平成26年度日本水産学会近畿支部例会
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2014-11-22
• [Presentation] 超好熱古細菌Aeropyrum属のゲノム上に認められたウイルス関連因子の多様性 (2013)
  • Author(s): 大福高史、吉田天士、北村崇行、川市智史、井上喬裕、野村敬吾、吉田由唯、久野草太郎、左子芳彦
  • Organizer: 微生物科学研究の多様性と新展開シンポジウム
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2013-11-08
• [Presentation] 一酸化炭素資化性好熱菌Carboxydothermus属のゲノム解析 (2013)
  • Author(s): 高尾郷介、吉田天士、米田恭子、大福高史、福山宥斗、左子芳彦
  • Organizer: 微生物科学研究の多様性と新展開シンポジウム
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2013-11-08
• [Presentation] 一酸化炭素を資化する好熱菌の分離と性状解析 (2013)
  • Author(s): 米田恭子、吉田天士、川市智史、大福高史、北村崇行、井上喬裕、鹿野早苗、高部圭司、安田尚登、今田千秋、左子芳彦
  • Organizer: 微生物科学研究の多様性と新展開シンポジウム
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2013-11-08
• [Presentation] ウイルスによる超好熱古細菌Aeropyrum属のゲノム多様化 (2013)
  • Author(s): 大福高史、吉田天士、北村崇行、川市智史、井上喬裕、野村敬吾、吉田由唯、左子芳彦
  • Organizer: 第15回マリンバイオテクノロジー学会大会
  • Place of Presentation: 沖縄市町村自治会館
• [Presentation] Genome variation in the hyperthermophilic archaea Aeropyrum (2013)
  • Author(s): Daifuku T, Yoshida T, Kitamura T, Kawaichi S, Inoue T, Nomura K, Yoshida Y, Kuno S, and Sako Y.
  • Organizer: Gordon Research Conference, Archaea : Ecclogy, Metabolism & MolecularBiology
  • Place of Presentation: Renaissance Tuscany II Ciocco Resort Lucca (Barga), Italy
• [Presentation] 超好熱アーキアAeropyrum属のゲノム多様性 (2013)
  • Author(s): 大福高史、吉田天士、北村崇行、川市智史、井上喬裕、野村敬吾、吉田由唯、久野草太郎、左子芳彦
  • Organizer: 第29回日本微生物生態学会大会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学
• [Presentation] 熱水環境中の一酸化炭素資化性好熱Carboxydothermusの分子生態学的研究 (2013)
  • Author(s): 鹿野早苗、米田恭子、吉田天士、北村崇行、大福高史、井上喬裕、福山宥斗、高尾郷介、左子芳彦
  • Organizer: 第29回微生物生態学会大会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学
• [Presentation] 一酸化炭素資化性好熱菌Carboxydothermus pertinaxのCO代謝 (2013)
  • Author(s): 福山宥斗、米田恭子、高尾郷介、大福高史、井上喬裕、吉田天士左子芳彦
  • Organizer: 第29回微生物生態学会大会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学