| Project/Area Number |
23K05018
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 38020:Applied microbiology-related
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
越智 杏奈 立命館大学, 生命科学部, 助教 (60542339)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
青野 陸 立命館大学, 生命科学部, 助教 (80777938)
井上 真男 立命館大学, 立命館グローバル・イノベーション研究機構, 助教 (90906976)
三原 久明 立命館大学, 生命科学部, 教授 (30324693)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | トリメチルスルホニウム / ジメチルスルフィド / 硫黄循環 / 土壌細菌 / C1資化 / C1化合物 |
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| Outline of Research at the Start |
硫黄は生命の必須元素であり、生命活動によって陸海空を循環し、地球規模の気候変動や生態系の構築と崩壊に関与する。海洋においては微生物代謝が硫黄循環を大きく駆動するが、陸上における研究例は極めて少ない。研究代表者等が土壌より単離した新種細菌は、動物が排泄するTMSを単一炭素源として資化・生育し、硫黄循環の鍵となるDMSを大気中に放出する。このことは本菌が有する新奇代謝経路が陸圏生態系において有機態硫黄の循環を駆動し、環境の潤滑油として機能するのではないか?という新たな仮説を提示する。本研究では、土壌細菌のTMS資化経路が陸上-大気硫黄循環の鍵となる可能性を考え、そのメカニズムを解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和５年度は「土壌微生物によるトリメチルスルホニウム(TMS)分解を介したジメチルセレニド (DMS) 生成機構」を明らかとすることを目的とし、TMS資化性細菌 Aminobacter sp. m3株のTMS資化に関与する遺伝子クラスターの機能解析を行った。
TMS資化遺伝子クラスターの鍵酵素であるTMS-THFメチル基転移酵素のリコンビナント酵素を精製し、TMSやトリメチルセレノニウム (TMSe)、ジメチルスルホンプロピオン酸 (DMSP)やその他 C1化合物からのTHFメチル基転移活性を評価し、基質特異性を調べた。その結果、本酵素はTMSe、TMS、DMSPに活性を示した一方、トリメチルアミン (TMA)やテトラメチルアンモニウム (TMAH)には活性を示さなかった。また、AlphaFold2による予測構造から基質結合および活性に関係しそうなアミノ酸残基を選定、変異を導入し、活性測定を行った。その結果、４つの変異体においてTMSに対する活性が失われたことから、本酵素のメチル基転移に重要な部位を特定することができた。
さらに、遺伝子クラスター内に存在する２つの転写因子のリコンビナント酵素のうち、リプレッサーと予想される転写因子のリコンビナント酵素を精製し、結合配列やエフェクター分子を調べた。その結果、本転写因子はTMS資化遺伝子クラスターのプロモーター領域に結合し、TMSおよびTMSeで結合が解除されるが、TMAでは解除されないことがわかった。
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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
本年度の計画通り、TMS資化性細菌 Aminobacter sp. m3株のTMS資化に関与する遺伝子クラスターの機能解析を行った。これまでの成果は、令和5年度に3つの国内学会および1つの国際学会で報告した。
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| Strategy for Future Research Activity |
TMS-THFメチル基転移酵素の結晶構造解析を行い、得られた結晶構造より基質結合および活性に重要な残基を調べ、反応メカニズムを推定する。
2つの転写因子のリコンビナント酵素を精製し、それぞれの結合部位や制御機構を調べることにより、TMS資化遺伝子クラスターがどのように制御されているのかを明らかとする。
Aminobacter sp. m3をTMS、TMA、もしくはGlucoseを単一炭素源として培養した場合について発現変動解析を行い、TMS資化に関わる経遺伝子およびその経路とメカニズムを明らかとする。
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