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Elucidation of thermo-adaptive evolution strategy by genome network analysis of thermo-adapted E. coli

Research Project

Project/Area Number 17K19360
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Molecular and Genome biology and related fields
Research InstitutionToho University

Principal Investigator

KISHIMOTO Toshihiko  東邦大学, 理学部, 教授 (90339200)

Project Period (FY) 2017-06-30 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2017: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywords高温適応進化 / 大腸菌 / ゲノム解析 / 必須遺伝子 / プロテオスタシス / シャペロニン / 高温菌 / 適応度 / RNA解析 / ゲノムネットワーク / 適応進化 / 高温 / 高温適応進化ネットワーク / genome network / evolution / E. coli / experimental evolution
Outline of Final Research Achievements

In this research, we have developed two independent thermophilic E. coli strains by experimental thermo-adaptive evolution and analyzed them. Genome analyses showed that mutation rate of strains increased and peak out later in evolution.Interestingly, GC contents of genome DNA were gradually decreased with evolution. In the gene region of proteostasis network factors, mutation rate was about 3 times higher than in other regions.All 4 essential genes in proteostasis network were mutated in thermo-adaptive evolution. A part of mutations in essential genes of thermo-adapted E. coli included the change to the same amino acid with the homologous genes of thermophilic bacteria. These essential genes were global regulator genes. Mutation of groL (coded chaperonin GroEL) was throwback mutation in E. coli species evolution.
These results indicated that proteostasis network change was important for E. coli thermo-adaptive evolution.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究成果により、細菌の高温適応進化戦略の一端が明らかになる。また、本研究で得られた高温適応進化大腸菌と、好熱菌・超好熱菌のゲノム情報と比較解析することで、進化の普遍性、可逆性、多様性に関する知見が得られる。今回明らかとなった大腸菌高温適応戦略をもちいて、更なる高温で安定増殖し、遺伝子操作可能な物質生産宿主等としての高温適応大腸菌の創出が可能となる。本研究成果に、他のストレス適応進化させた大腸菌の情報を統合することで、様々な外部ストレスへの適応戦略が考察可能となり、新しい抗生物質ターゲットの探索等が可能となる。

Report

(4 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2019 2018 2017

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (12 results)

  • [Journal Article] Identification of genes and critical control proteins associated with inflammatory breast cancer using network controllability2017

    • Author(s)
      Wakai, R., Ishitsuka, M., Kishimoto, T., Ochiai, T., Nacher, J. C.
    • Journal Title

      PLoS One

      Volume: 12 Issue: 11 Pages: e0186353-e0186353

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0186353

    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 高温適応進化大腸菌を用いた進化の発散・収束性の解析2019

    • Author(s)
      小西 隆介、菅野 暢、鎌田 萌、古倉 健嗣、山内 長承、岸本 利彦
    • Organizer
      第42回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 実験進化による大腸菌の高温適応進化メカニズム解析2019

    • Author(s)
      菅野 暢、小西 隆介、鎌田 萌、西広 翔、古倉 健嗣、山内 長承、岸本 利彦
    • Organizer
      第42回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 大腸菌の高温適応進化に伴う増殖速度の温度依存性の変化とその要因解析2019

    • Author(s)
      小西隆介,菅野暢,松尾萌 , 古倉健嗣 , 山内長承 , 岸本利彦
    • Organizer
      日本進化学会第21回大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 実験進化による大腸菌の高温適応進化メカニズム解析2019

    • Author(s)
      菅野暢 , 小西隆介 , 松尾萌 , 古倉健嗣 , 山内長承 , 岸本利彦
    • Organizer
      日本進化学会第21回大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 高温適応進化大腸菌を用いた適応進化と変異率,ロバストネスの相関2019

    • Author(s)
      松尾萌,菅野暢,小西隆介,古倉健嗣,岸本利彦
    • Organizer
      日本進化学会第21回大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 大腸菌高温適応進化における進化能力と変異率、ロバストネスの相関2018

    • Author(s)
      岸本利彦、大村真優子、廣瀬文音、松尾萌
    • Organizer
      第20回日本進化学会大会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 大腸菌高温適応進化における進化能力の解析2017

    • Author(s)
      大村真優子、寺井亮平、郡駿介、成澤大、四方哲也、岸本利彦
    • Organizer
      第19回日本進化学会大会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 高温適応大腸菌における変異率と進化速度の相関解析2017

    • Author(s)
      郡駿介、大村真優子、寺井亮平、成澤大、四方哲也、岸本利彦
    • Organizer
      第19回日本進化学会大会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 変異型シャペロニンが進化能力に与える影響2017

    • Author(s)
      寺井亮平、成澤大、四方哲也、岸本利彦
    • Organizer
      第19回日本進化学会大会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 大腸菌高温適応進化における進化能力の解析2017

    • Author(s)
      大村真優子、寺井亮平、郡駿介、成澤大、四方哲也、岸本利彦
    • Organizer
      ConBio 2017
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 変異型シャペロニンが進化能力に与える影響2017

    • Author(s)
      寺井亮平、成澤大、四方哲也、岸本利彦
    • Organizer
      ConBio 2017
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 高温適応大腸菌における変異率と進化速度の相関解析2017

    • Author(s)
      郡駿介、大村真優子、寺井亮平、成澤大、四方哲也、岸本利彦
    • Organizer
      ConBio 2017
    • Related Report
      2017 Research-status Report

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Published: 2017-07-21   Modified: 2021-02-19  

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