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ゲノム倍数性がもたらす進化可能性~揺らぎと安定性の両立~

Publicly Offered Research

Project AreaEvolutionary theory for constrained and directional diversities
Project/Area Number 18H04827
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionTokyo Institute of Technology (2019)
The University of Tokyo (2018)

Principal Investigator

大林 龍胆  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 特任助教 (90778333)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥10,790,000 (Direct Cost: ¥8,300,000、Indirect Cost: ¥2,490,000)
Fiscal Year 2019: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2018: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Keywordsゲノム複製 / シアノバクテリア / ゲノム倍数性 / ゲノム遺伝 / 進化 / 葉緑体 / 染色体倍数性 / ゲノム重複
Outline of Annual Research Achievements

ゲノム倍数化は、現存する様々な生物種において観測される形質である。古くから倍数体生物は環境変動などへの適応能力が高いことが示唆されているが、その基本原理の解明には至っていない。大野乾のゲノム重複説によれば、ゲノムの倍数化により冗長性がもたらされ、元々の遺伝子の機能を保持したまま重複した遺伝子の機能が改変され、新規形質の進化が促進されうる。他方、進化速度を考えた場合、1細胞あたりのゲノムのコピー数が多い場合、1つのゲノムに変異が入ってもその効果が弱められる、つまり表現型の揺らぎが小さくなるため、進化速度は遅くなりうる。本研究では、この一見矛盾するゲノム倍数性の進化に対する影響を、実験と理論の両面から定量的に捉え、ゲノム倍数化と進化の関に存在する普遍原理の解明を目指す。
昨年度は以下の2項目において研究を実施した。
(1)複数コピーゲノムの遺伝様式の解析
進化可能性を解明するためには、変異がすべてのゲノムに固定される速度を定量する必要がある。そこで、複数コピーゲノムのうちどのゲノムを複製し、どのゲノムを遺伝するのかを詳細に解析するため、1細胞イメージング系を確立し染色体トラッキングをおこなった。その結果、ゲノム複製の選択性はなく、ほぼランダムに選択されることがわかってきた。さらに、このランダムな複製、遺伝においても、わずか約5世代で8割の細胞はどれかひとつのゲノムに固定されることも明らかになった。
(2)ゲノム倍数化の分子基盤
そもそもなぜ倍数化するのかという分子基盤を理解するため、様々な倍数性を持つシアノバクテリアを用いて解析した。その結果、倍数性が多いシアノバクテリアは、バクテリア型の複製機構とは別の新規なゲノム複製機構を持つことが示唆された。この結果は複製開始機構の進化によって、1細胞分裂あたりの複製回数が変化したことが考えられ、倍数化との因果関係が示唆された。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2020 2019 2018 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 5 results) Presentation (10 results) (of which Invited: 6 results) Remarks (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Specific binding of DnaA to the DnaA box motif in the cyanobacterium <i>Synechococcus elongatus</i> PCC 79422020

    • Author(s)
      Satoru Watanabe, Shunsuke Saito, Yasuhiro Suezaki, Takeshi Seguchi, Ryudo Ohbayashi
    • Journal Title

      The Journal of General and Applied Microbiology

      Volume: 66 Issue: 2 Pages: 80-84

    • DOI

      10.2323/jgam.2019.11.005

    • NAID

      130007855494

    • ISSN
      0022-1260, 1349-8037
    • Related Report
      2019 Annual Research Report 2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Evolutionary Changes in DnaA-Dependent Chromosomal Replication in Cyanobacteria2020

    • Author(s)
      Ohbayashi Ryudo、Hirooka Shunsuke、Onuma Ryo、Kanesaki Yu、Hirose Yuu、Kobayashi Yusuke、Fujiwara Takayuki、Furusawa Chikara、Miyagishima Shin-ya
    • Journal Title

      Frontiers in Microbiology

      Volume: 11 Pages: 786-786

    • DOI

      10.3389/fmicb.2020.00786

    • Related Report
      2019 Annual Research Report 2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Coordination of Polyploid Chromosome Replication With Cell Size and Growth in a Cyanobacterium.2019

    • Author(s)
      Ohbayashi R, Nakamachi A, Hatakeyama TS, Watanabe S, Kanesaki Y, Chibazakura T, Yoshikawa H, Miyagishima SY.
    • Journal Title

      mBio

      Volume: 10 Issue: 2

    • DOI

      10.1128/mbio.00510-19

    • Related Report
      2019 Annual Research Report 2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Integration of a Galdieria plasma membrane sugar transporter enables heterotrophic growth of the obligate photoautotrophic red alga Cynanidioschyzon merolae2019

    • Author(s)
      Fujiwara Takayuki、Hirooka Shunsuke、Mukai Mizuna、Ohbayashi Ryudo、kanesaki Yu、Watanabe Satoru、Miyagishima Shin-ya
    • Journal Title

      Plant Direct

      Volume: 3 Issue: 4

    • DOI

      10.1002/pld3.134

    • Related Report
      2019 Annual Research Report 2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Direct Visualization of the Multicopy Chromosomes in Cyanobacterium Synechococcus elongatus PCC 79422018

    • Author(s)
      Ohbayashi Ryudo、Yoshikawa Hirofumi、Watanabe Satoru
    • Journal Title

      BIO-PROTOCOL

      Volume: 8 Issue: 15

    • DOI

      10.21769/bioprotoc.2958

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Replication and inheritance mechanism of multi-copy genomes in bacteria and organelle2020

    • Author(s)
      Ryudo Ohbayashi
    • Organizer
      第43回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] シアノバクテリアでは染色体複製におけるDnaA非依存への進化は複数回独立に起きている2020

    • Author(s)
      大林龍胆、廣岡俊亮、大沼亮、広瀬侑、兼崎友、古澤力、宮城島進也
    • Organizer
      第14日本ゲノム微生物学会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] シアノバクテリアの染色体複製におけるDnaA依存性進化2019

    • Author(s)
      大林龍胆、廣岡俊亮、大沼亮、広瀬侑、兼崎友、宮城島進也
    • Organizer
      第43回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 倍数ゲノムの複製、遺伝様式から紐解くシアノバクテリアの進化可能性2019

    • Author(s)
      大林龍胆
    • Organizer
      藍藻の分子生物学2019
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 複数コピー染色体において複製システムが及ぼす進化可能性2019

    • Author(s)
      大林龍胆
    • Organizer
      第13回日本ゲノム微生物学会若手の会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Impact of polyploidy on the evolutionary rate2019

    • Author(s)
      Ryudo Ohbayashi, Tetsuhiro S Hatakeyama
    • Organizer
      第56回日本生物物理学会年会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 複数コピー染色体の複製、遺伝様式2019

    • Author(s)
      大林龍胆、畠山哲央、宮城島進也
    • Organizer
      第13回日本ゲノム微生物学会年会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 遺伝様式から考えるゲノム倍数性がもたらす進化可能性2018

    • Author(s)
      大林龍胆
    • Organizer
      生命科学系フロンティアミーティング2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 細胞の成長に相関した複数コピー染色体の複製制御機構とその普遍性2018

    • Author(s)
      大林龍胆、宮城島進也
    • Organizer
      日本遺伝学会第90回大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] ゲノム倍数性が及ぼす進化可能性~実験的検証の試み~2018

    • Author(s)
      大林龍胆、畠山哲央
    • Organizer
      日本進化学会第20回大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Remarks] 大林龍胆のホームページ

    • URL

      https://ryudoohbayashi.wixsite.com/website

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Remarks] バクテリアにおける多コピーゲノムの複製制御と意義

    • URL

      https://www.nig.ac.jp/nig/ja/2019/05/research-highlights_ja/rh20190531-2.html

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 芳香族系化合物を生産する方法2019

    • Inventor(s)
      蓮沼誠久、大林龍胆、蘆田弘樹
    • Industrial Property Rights Holder
      蓮沼誠久、大林龍胆、蘆田弘樹
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2019-101419
    • Filing Date
      2019
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

URL: 

Published: 2018-04-23   Modified: 2024-12-25  

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