ゲノム構造変化が適応進化過程に与える影響の解析

• Project/Area Number: 19K06630
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43060:System genome science-related
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 堀之内 貴明 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 研究員 (60610988)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 実験室進化 / オミクス解析 / ゲノム構造 / 進化の方向性

Outline of Research at the Start

本研究では大腸菌の実験室進化を用いて、ゲノム構造が生物進化の方向性に及ぼす影響を解析する。DNA結合タンパク質の欠損によるゲノム構造の変化が、適応進化過程において重要な役割を担っていることが示唆されている。そこで本研究では、ゲノム構造に摂動を与えた場合に、適応進化過程にどのような影響が生じるのかを、全ゲノム変異解析・トランスクリプトーム解析・エピゲノム解析といった網羅的手法により詳細に解析する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では大腸菌の実験室進化を用いて、ゲノム構造が生物進化の方向性に及ぼす影響を解析する。申請者のこれまでの研究により、DNA結合タンパク質の欠損によるゲノム構造の変化が適応進化過程において重要な役割を担っていることが示唆された。そこで本研究では、ゲノム構造に摂動を与えた場合に、適応進化過程にどのような影響が生じるのかを、全ゲノム変異解析などの網羅的手法により詳細に解析する。これらの解析により、ゲノム構造への摂動が進化の方向性に与える影響を明らかにするとともに、どのような分子メカニズムにより進化の方向性に影響が生じたのかを理解することを目的として研究を行った。
本年度は、DNA結合タンパク質の欠損が進化方向に与える影響の定量方法の構築を行った。突然変異はゲノム上の任意の場所に等確率で発生するわけではなく、発生しやすい場所（変異のホットスポット）やそうではない場所が存在すると考えられている。NAPsの欠損はゲノム上の変異発生頻度のパターンの変化をもたらすことにより、進化の方向性を変化させている可能性がある。そこでこの可能性の検証、およびその効果の定量のための変異蓄積系の構築を行った。変異原としてUV照射、ならびに変異剤の添加を行ったところ、短期間でこれらのストレスに対する耐性化が生じたため、これらの方法で変異発生頻度のパターン解析を行うことは困難であり、恒久的に変異率を上昇させるmutator化が必要であることが判明した。ここまで研究を進めた段階で研究代表者の所属変更により研究実施が困難となったため、本研究を廃止した。

Research Products

• [Journal Article] Understanding metabolic adaptation by using bacterial laboratory evolution and trans-omics analysis (2020)
  • Author(s): Horinouchi Takaaki、Furusawa Chikara
  • Journal Title: Biophysical Reviews Volume: － Issue: 3 Pages: 677-682
  • DOI: 10.1007/s12551-020-00695-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Suppression of antibiotic resistance evolution by single-deletion (2019)
  • Author(s): 堀之内貴明
  • Organizer: 第１９回 異分野交流の夕べ in 横浜
• [Presentation] 大腸菌の大規模実験室進化とオミクス解析による適応進化動態の解析 (2019)
  • Author(s): 堀之内貴明
  • Organizer: 第35回個体群生態学会, 公募シンポジウム「生物や生態系全体の動態をとらえる網羅的実験の新展開」
  • Invited
• [Presentation] 自動分注機による微生物継代培養の全自動化の試みと活用例 (2019)
  • Author(s): 堀之内貴明
  • Organizer: Laboratory Automation勉強会2019.11
  • Invited