| Project/Area Number |
20KK0128
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| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 38:Agricultural chemistry and related fields
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
新谷 政己 静岡大学, 工学部, 准教授 (20572647)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
水口 千穂 (鈴木千穂) 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 助教 (10733032)
原 啓文 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任准教授 (80511071)
野尻 秀昭 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (90272468)
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| Project Period (FY) |
2020-10-27 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
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| Keywords | プラスミド / 接合伝達 / 宿主域 / 植物体圏 / 気候帯 |
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| Outline of Research at the Start |
自然界におけるプラスミドの伝播現象は，細菌の進化・適応機構を理解する上で重要であるにもかかわらず，その実態はほとんど不明のままである．本研究では，プラスミド伝播が活発化すると推定された，植物の地上部（葉圏）や地下部（根圏）（植物体圏）におけるプラスミドの動態の理解を目指して実施する．日本・ドイツにマレーシアを加え，気候帯や土壌の異なる植物体圏で伝播するプラスミドを同定し，その存在量や宿主域を比較する．並行して，得られたプラスミドの存在量や接合伝達頻度が環境条件の違いによって変化するかを検証し，植物体圏におけるプラスミドの伝播の実態を解明する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
プラスミドは種々の遺伝子群を搭載し，異なる細菌間を接合伝達により移動する遺伝因子で，細菌の進化・適応を促進し，新たな形質をもつ細菌を出現させる．また，世界各国の農作物を含む植物の葉圏・根圏（＝植物体圏）が，プラスミドや薬剤耐性遺伝子の温床となっていることが示されつつある．しかし，いずれも発見例にとどまり，それらがどのように伝播するのかという実態に迫る研究は皆無である．そこで本研究では，異なる気候帯・土壌に生育する，植物の葉圏と根圏（植物体圏）におけるプラスミドの伝播の実態を解明することを目的として行った．また併せて，周囲の環境におけるプラスミド伝播の実態の解明も試みた．昨年度までに，日本，ドイツ，およびエジプトと，気候帯の異なる植物体圏由来試料からプラスミドのキャプチャリングを行った．その結果，IncP群やPromA群に属するプラスミドが得られた．そこで，得られたプラスミドの塩基配列の解読を行い，詳細な塩基配列の比較を行ったところ，日本からはIncP群やPromA群の新たな亜群に属するプラスミドが得られた．エジプトからはIncP群のガンマ亜群に属するプラスミドが得られた．これらは，ドイツから得られたIncP群のイプシロン亜群とは性状が異なることも判明した．また，国際共同研究の一環として，ドイツおよびクロアチアの環境中で薬剤耐性遺伝子を伝播するプラスミドの同定とその塩基配列レベルの詳細な解析も行い，一部の成果は国際共著論文として発表した．また，マレーシアとの共同研究も，コロナ禍根後，ようやく一部開始した．
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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
日本・ドイツの植物体圏を伝播しているプラスミドの塩基配列レベルの詳細な解析に加え，気候帯の異なるエジプトの植物体験由来のプラスミドのキャプチャリングとプラスミドの塩基配列を解読した．また，気候帯の異なる，ドイツおよびクロアチアの環境中を伝播するプラスミドを収集した．また並行して各プラスミドの性状についても調べた．特に，薬剤耐性遺伝子を伝播するプラスミドについては，その耐性遺伝子が，どのようにプラスミド上に組み込まれていたかも明らかにし，国際共著論文発表を行った．また，日本の植物体圏から得られた，IncP群の新しい亜群に属するプラスミドについても性状解析を行った．その結果，他の場所から得られた同群のプラスミドに比べて，接合伝達頻度が高い傾向にあることが判明した． 一方，プラスミドの動態解析については，モデル微生物群集を構築し，その宿主域を比較できるようにした．また，各プラスミドがどのような種類の細菌に接合伝達できるのか，またできないのかを明らかにするために，土壌由来の培養可能な細菌を含む，100種類程度の細菌との供与菌・受容菌一種類ずつの接合実験も行った．プラスミドごとに接合伝達できる細菌とそうでない細菌とに分けられ，それぞれの性状の違いも明らかになった． 熱帯・亜熱帯の気候帯からのプラスミドの収集や，その性状・動態解析に一部遅れがあったものの，マレーシアの代わりにエジプトにおけるプラスミドを得られたことから，当初目的はおおむね順調に進んでいると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
日本・ドイツ・マレーシア（エジプト）という異なる気候帯・土壌環境における植物体圏について，以下の3点を行う．
(i)気候帯・土壌の異なる植物体圏として，特にマレーシアからのプラスミド収集を試みる．得られたプラスミドの全塩基配列を決定し，各植物体圏の試料に，どのようなプラスミドが存在するのかを明らかにする（研究代表者・新谷，研究分担者・原）．
(ii)引き続き，プラスミドの伝播を追跡可能にするシステムを導入したIncP群・PromA群プラスミドについて，モデル微生物群集内では，どのような微生物に接合伝達するのか明らかにする．モデル微生物群集内で，フローサイトメトリーとセルソーターおよび蛍光顕微鏡を用いて明らかにする(研究代表者・新谷，研究分担者・原，水口，相手国共同研究者・Smalla)．
以上を実施して異なる気候帯・土壌に生育する植物の葉圏と根圏（植物体圏）におけるプラスミドの伝播の実態を明らかにする．
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