全ゲノム配列に基づいた系統樹の作成ツールの開発

• Project/Area Number: 21657061
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Evolutionary biology
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 田中 歩 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (10197402)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000); Fiscal Year 2010: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2009: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
• Keywords: クロロフィル / 代謝 / 酵素 / 常緑 / 細胞死

Research Abstract

分子系統学的解析は、系統樹作成のための欠くことのできないツールである。従来は、特定の遺伝子の系統樹を作成することで、生物の系統関係を推測してきた。しかし、広い範囲の生物を対象とすると、オルソログの数が減少し、全生物の場合、31遺伝子しかなく、しかも30遺伝子が翻訳に関係するものであった。このように偏った、しかも少ない遺伝子数で信頼できる系統樹を描くことはできない。近年、全ゲノム配列が解読された生物種が増えるに従って、これを利用したツールが開発された。本研究の目的は、全ゲノム配列に基づいた系統樹の自動作成ツールを開発し、これを用いて、(1)全生物の系統樹「Tree of life」を作成し、(2)このツールの理論化に向けた研究を行うことである。
本年度は、作成された系統樹を解析することで作成された系統樹が何を意味するかを調べた。特に、大腸菌と赤痢などを引き起こすシゲラ属(Shigella)との関係を調べた。大腸菌とシゲラは系統的には近いことが知られ、さらに詳しい系統解析の結果では、シゲラはまとまったグループを作らず、大腸菌から独立に複数回出現したと考えられている。しかし、我々の系統樹では、大腸菌とシゲラはそれぞれ、まとまったクラスターを作った。大腸菌とシゲラは、様々な感性症を引き起こすことで共通している。このような共通した性質を持つグループが、系統的には別でも、一つのまとまったクラスターを作ることは、我々の系統樹が真の意味で系統樹ではないことを示唆している。すなわち、「Similarity tree」を示していると考えられる。これは、進化的な系統樹を示すのではなく、生物がどれだけ似ているかを示すTreeと考えられる。これは、生物を表現する新しい手法と考えられる。

Research Products

• [Journal Article] Deregulated chlorophyll b synthesis reduces the energy transfer rate between photosynthetic pigments and induces photodamage in Arabido sis thaliana. (2010)
  • Author(s): Sakuraba, Y., Yokono, M.Akimoto, S., Tanaka, R., Tanaka, A.
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. Volume: 51(6) Pages: 1055-1065
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Regulation and Functions of the Chlorophyll Cycle in The Chloroplast : Basics and Applications (2010)
  • Author(s): Tanaka R, Ito H, Tanaka A
  • Journal Title: (ed by Rebeiz C.A., Benning, C, Bohnert, H.J., Daniell, J.K., Hoober, J.K., Lichtenthaler, H.K., Portis, A.R., Tripathy, B.C.)(Springer) Pages: 55-77
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The cell biology of tetrapyrroles : a life and death struggle. (2010)
  • Author(s): Mochizuki M, Tanaka R, Grimm B, Masuda T, Moulin M, Smith AG, Tanaka A, Terry MJ.
  • Journal Title: Trends Plant Sci Volume: 15 Pages: 488-498
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Identification of a gene essential for protoporphyrinogen IX oxidase activity in the cyanobacterium Synechocystis sp.PCC6803. (2010)
  • Author(s): Kato K, Tanaka R, Sano S, Tanaka A, Hosaka H
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci USA Volume: 107 Pages: 16649-16654
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] LIL3, a light-harvesting-like protein, plays an essential role in chlorophyll and tocopherol biosynthesis. (2010)
  • Author(s): Tanaka R, Rothbart M, Oka S, Takabayashi A, Takahashi K, Shibata M, Myouga F, Motohashi R, Shinozaki K, Grimm B, Tanaka A
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci USA Volume: 107 Pages: 16721-16725
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Light-independent cell death induced by accumulation of pheophorbidea in Arabidopsis thaliana. (2009)
  • Author(s): Hirashima M, Tanaka R, Tanaka A
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. Volume: 50(4) Pages: 719-729
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fractionation of hydrogen isotopes during phytol biosynthesis. (2009)
  • Author(s): Chikaraishi Y, Tanaka R, Tanaka A, Ohkouchi N
  • Journal Title: Organic Geochemistry Volume: 40(5) Pages: 569-573
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Participation of chlorophyll b reductase in the initial step of the degradation of light-harvesting chlorophyll a/b-protein complexes in Arabidonsis. (2009)
  • Author(s): Horie Y, Ito H, Kusaba M, Tanaka R, Tanaka A.
  • Journal Title: J Biol Chem. Volume: 284(26) Pages: 17449-17456
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Determination of a chloroplast degron in the regulatory domain of chlorophyllide a oxygenase. (2009)
  • Author(s): Sakuraba Y, Tanaka R, Yamasato A, Tanaka A.
  • Journal Title: J Biol Chem. Volume: 284(52) Pages: 6689-6699
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Involvement of AtNAP1 in the regulation of chlorophyll degradation in Arabidopsis thaliana. (2009)
  • Author(s): Nagane, T., Tanaka, A., Tanaka, R.
  • Journal Title: Planta Volume: 231(4) Pages: 939-949
  • NAID: 120002834672
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chlorophyll cycle regulates the construction and destruction of the light-harvestin complexes.
  • Author(s): Tanaka R, Tanaka A
  • Journal Title: Biophys Biochim Acta Volume: (In press)
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Enzymes and functions of the chlorophyll cycle. (2011)
  • Author(s): Ayumi Tanaka
  • Organizer: Swiss-Japan International science seminar : Adaptation of the plastids to various environmental conditions : Evolution, acclimation and regulation.
  • Place of Presentation: Ollon, Switzerland 招待講演
• [Presentation] Enzymes and functions of the chlorophyll cycle. (2011)
  • Author(s): Ayumi Tanaka
  • Organizer: JAPANESE-FINNISH Seminar 2011"Future prospects of photosynthetic organisms : from genomes to environment"
  • Place of Presentation: 岡山ロイヤルホテル、岡山 招待講演
• [Presentation] ビニルクロロフィルに置換したSynechocystis sp. PCC 6803光化学系IIの解析 (2010)
  • Author(s): 日下部勇人, 岡崎茂俊, 長尾遼, 伊藤寿, 田中歩, 三室守, 鞆達也
  • Organizer: 第51回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 熊本大学、熊本
  • Year and Date: 2010-03-18
• [Presentation] D1タンパク質の改変によるジビニルクロロフィルへの適合性の獲得 (2010)
  • Author(s): 伊藤寿, 田中亮一, 田中歩
  • Organizer: 第51回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 熊本大学、熊本
  • Year and Date: 2010-03-18
• [Presentation] クロロフィル分解に関与するフラビンタンパク質 (2010)
  • Author(s): 目黒美生, 伊藤寿, 高林厚史, 田中亮一, 田中歩
  • Organizer: 第51回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 熊本大学、熊本
  • Year and Date: 2010-03-18
• [Presentation] シロイヌナズナの種子形成におけるクロロフィルb還元酵素の機能解析 (2010)
  • Author(s): 中島沙織, 伊藤寿, 田中亮一, 田中歩
  • Organizer: 第51回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 熊本大学、熊本
  • Year and Date: 2010-03-18
• [Presentation] 物免疫抑制因子NSL2の相互作用タンパク質の探索と解析 (2010)
  • Author(s): 浅田裕, 高橋和馬, 田中莉夏子, 勝又邦明, 山本宏子, 上中弘典, 長根智洋, 田中亮一, 田中歩, 山口淳二
  • Organizer: 第51回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 熊本大学、熊本
  • Year and Date: 2010-03-18
• [Presentation] クロロフィル合成およびトコフェロール合成に関与する,LHCモチーフを持つタンパク質の同定 (2010)
  • Author(s): 田中亮一, Maxi Rothbart, 岡征子, 柴田勝, 明賀丈史, 本橋令子, 篠崎一雄, Bernhard Grimm, 田中歩
  • Organizer: 第51回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 熊本大学・熊本
  • Year and Date: 2010-03-18
• [Presentation] クロロフィルb蓄積変異株におけるチラコイド膜タンパク質の網羅的解析 (2010)
  • Author(s): 高林厚史, 栗原克宜, 櫻庭康仁, 桑野晶喜, 笠原康裕, 田中亮一, 田中歩
  • Organizer: 第51回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 熊本大学、熊本
  • Year and Date: 2010-03-18
• [Presentation] 緑色硫黄光合成細菌から新規に単離したMGDG合成酵素はシロイヌナズナMGDG合成酵素の変異を部分的に相補する (2010)
  • Author(s): 増田真二, 原田二朗, 横野牧生, 下嶋美恵, 室伏和博, 湯澤優一, 村川雅人, 近藤真紀, 西村幹夫, 大岡宏造, 田中歩, 民秋均, 太田啓之
  • Organizer: 第51回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 熊本大学、熊本
  • Year and Date: 2010-03-18
• [Presentation] 恒常的免疫応答変異体nsl2の老化過程に関わる機能解析 (2010)
  • Author(s): 高橋和馬, 浅田裕, 山本宏子, 高林厚史, 田中亮一, 田中歩, 山口淳二
  • Organizer: 第51回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 熊本大学、熊本
  • Year and Date: 2010-03-18
• [Presentation] 海洋性ラン藻の亜硝酸イオン輸送体の解析 (2010)
  • Author(s): 前田真一, 村上明男, 伊藤寿, 田中歩, 小俣達男
  • Organizer: 第51回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 熊本大学、熊本
  • Year and Date: 2010-03-18
• [Presentation] Roles of chlorophyll metabolism in the formation and degradation of light-harvesting complexes. (2010)
  • Author(s): Ayumi Tanaka
  • Organizer: 15th International Congress of Photosynthesis
  • Place of Presentation: Beijing, China 招待講演
• [Presentation] Photosystem development of marine cyanobacterium Prochlorococcus. (2009)
  • Author(s): Hisashi Ito, Ayumi Tanaka
  • Organizer: ILTS International Symposium "Frontier of Low Temperature Science"
  • Place of Presentation: Institute of Low Temperature Science, Hokkaido University, Sapporo
  • Year and Date: 2009-11-09
• [Presentation] Delayed leaf senescence by enhanced chlorophyll b biosynthesis. (2009)
  • Author(s): Yasuhito Sakuraba, Ryouichi Tanaka, Ayumi Tanaka
  • Organizer: ILTS International Symposium "Frontier of Low Temperature Science"
  • Place of Presentation: Institute of Low Temperature Science, Hokkaido University, Sapporo
  • Year and Date: 2009-11-09
• [Presentation] 地球環境と光合成の進化 (2009)
  • Author(s): 田中歩
  • Organizer: 北海道大学低温科学研究所研究集会「大気圏と生物圏の相互作用:大気化学を中心として」
  • Place of Presentation: 北海道大学、札幌 (招待講演)
  • Year and Date: 2009-07-09
• [Presentation] Tetrapyrrole metabolism of photosunthetic organisms : Degrative pathways & their regulation. (2009)
  • Author(s): Ayumi Tanaka
  • Organizer: International Conference on Tetrapyrrole Photore ceptors in Photosynthetic Organisms (ICTPPO 2009)
  • Place of Presentation: Asilomar Conference Center, Pacific Grove, CA, USA (招待講演)
• [Remarks]
  • URL: http://www.lowtem.hokudai.ac.jp/plantadapt/
• [Remarks]
  • URL: http://www.lowtem.hokudai.ac.jp/plantadapt/ayumi/