ネムリユスリカの乾燥無代謝休眠を支えるゲノム情報と原因遺伝子の解明

• Project Area: Genetic bases for the evolution of complex adaptive traits
• Project/Area Number: 23128512
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: National Institute of Agrobiological Sciences
• Principal Investigator: 黄川田 隆洋 独立行政法人農業生物資源研究所, 昆虫機能研究開発ユニット, 主任研究員 (60414900)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥21,320,000 (Direct Cost: ¥16,400,000、Indirect Cost: ¥4,920,000); Fiscal Year 2012: ¥10,660,000 (Direct Cost: ¥8,200,000、Indirect Cost: ¥2,460,000); Fiscal Year 2011: ¥10,660,000 (Direct Cost: ¥8,200,000、Indirect Cost: ¥2,460,000)
• Keywords: 乾燥耐性 / ドラフトゲノム / 無代謝休眠 / 比較ゲノム / 網羅的解析 / ゲノムデータベース / ハエ目昆虫 / 複合適応進化 / 適応進化

Outline of Annual Research Achievements

本年度も引き続き次世代型シークエンサーによるゲノム解読を進めた。本年度得たリードを加え、新たにde novoアセンブルを行った結果、ネムリユスリカについてはN50スキャフォールド長が264kbのアセンブルデータが得られた。アセンブルデータの評価として、Roche 454 GS FLXによって得たネムリユスリカEST(約76万リード)をマッピングしたところ約92％がマップされた。また、Sanger法で決定したFosmidクローンと本ゲノム配列とを比較したところ、大きなアセンブルミスも無いことが確認された。ヤモンユスリカについてもN50スキャフォールド長が28.3kbのアセンブルデータを得た。　次に、アセンブルデータ上に遺伝子モデルの構築を行った。その結果、ネムリユスリカ、ヤモンユスリカの予測遺伝子数はそれぞれ17,824、17,224となった。予測遺伝子(コーディング領域)のGC含量はそれぞれ0.34、0.49と両者間で顕著な差が見られた。予測遺伝子には既知タンパク質とのホモロジー検索、ドメイン・モチーフ検索を行なってアノテーション情報を付加した。オーソログ解析の結果、ネムリユスリカ遺伝子のうちおよそ75%がオーソログ関係にあるとされた。二年間の研究の結果、乾燥耐性に関連性が高い遺伝子クラスター領域 ARId (Anhydrobiosis-related Island) の同定に至った。LEA遺伝子が水平伝播によって獲得されたxenologであることも明らかとなった。これらのことから、水平伝播による新規遺伝子機能の獲得と高頻度な遺伝子重複がタンパク質の機能の多様性をもたらした結果、ネムリユスリカは乾燥無代謝休眠という複合的な適応形質を進化させたと考えている。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] 極限環境に生きる昆虫ネムリユスリカの生存戦略 (2012)
  • Author(s): 菊田真吾, 畑中理恵, 黄川田隆洋
  • Journal Title: 生物科学 Volume: 63 Pages: 195-204
• [Journal Article] Elucidation of mechanisms underlying desiccation tolerance with exhaustive gene analysis (2012)
  • Author(s): Mukae K, Cornette R, Gusev O, Hatanaka R, Okuda T, Kikawada T
  • Journal Title: 低温生物工学会誌 Volume: 58 Pages: 73-76
  • NAID: 110009457812
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Wide overlap in mRNA transcription response to desiccation or oxidative stress in larvae of the cryptobiotic insect (2012)
  • Author(s): Mukae K, Gusev O, Hatanaka R, Cornette R, Okuda T, Kikawada T
  • Journal Title: 低温生物工学会誌 Volume: 58 Pages: 191-194
  • NAID: 110009612936
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effects of Group 3 LEA protein model peptides on desiccation-induced protein aggregation (2012)
  • Author(s): Furuki T, Shimizu T, Chakrabortee S, Yamakawa K, Hatanaka R, Takahashi T, Kikawada T, Okuda T, Mihara H, Tunnacliffe A, Sakurai M
  • Journal Title: Biochimica et Biophysica Acta-Proteins & Proteomics Volume: 1824 Issue: 7 Pages: 891-897
  • DOI: 10.1016/j.bbapap.2012.04.013
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The induction of anhydrobiosis in the sleeping chironomid: Current status of our knowledge (2011)
  • Author(s): Cornette R, Kikawada T
  • Journal Title: IUBMB Life Volume: 63 Issue: 6 Pages: 419-429
  • DOI: 10.1002/iub.463
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Salt effects on the structural and thermodynamic properties of a group 3 LEA protein model peptide (2011)
  • Author(s): Furuki T, Shimizu T, Kikawada T, Okuda T, Sakurai M
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 50 Issue: 33 Pages: 7093-7103
  • DOI: 10.1021/bi200719s
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] グループ3LEAタンパク質の22-merモデルペプチドが示すタンパク質凝集抑制効果 (2011)
  • Author(s): 古木隆生, 清水天平, Chakraborte S, 畑中理恵, 高橋剛, 黄川田隆洋, 奥田隆, 三原久和, Tunnacliffe A, 櫻井実
  • Journal Title: 低温生物工学会誌 Volume: 57 Pages: 139-142
  • NAID: 110009457797
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ネムリユスリカLEAタンパク質(PvLEA4)の機能解析 (2011)
  • Author(s): 畑中理恵, 薦田(萩原)優香, 金森保志, 藤田弥佳, コルネット・リシャー, 奥田隆, 黄川田隆洋
  • Journal Title: 低温生物工学会誌 Volume: 57 Pages: 135-138
  • NAID: 110009457796
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mechanisms underpinning induction of anhydrobiosis in Polypedilum vanderplanki (2011)
  • Author(s): Kikawada T
  • Journal Title: 低温生物工学会誌 Volume: 57 Pages: 33-43
• [Journal Article] ネムリユスリカ由来の細胞保護タンパク室の機能と低分子ペプチドによる代替 (2011)
  • Author(s): 畑中理恵, 古木隆生, 櫻井実, 黄川田隆洋
  • Journal Title: バイオインダストリー Volume: 28 Pages: 43-48
• [Presentation] ネムリユスリカの乾燥耐性における酸化ストレスの影響 (2013)
  • Author(s): Cornette R, 岩田健一, 金森保志, Gusev O, 黄川田隆洋, 奥田隆
  • Organizer: 第57回日本応用動物昆虫学会大会
  • Place of Presentation: 藤沢
  • Year and Date: 2013-03-29
• [Presentation] ネムリユスリカのゲノム解析から見えてきた乾燥無代謝休眠の分子機構 (2013)
  • Author(s): 黄川田隆洋, Oleg G, Cornette R, 末次克行
  • Organizer: 第57回日本応用動物昆虫学会大会
  • Place of Presentation: 藤沢
  • Year and Date: 2013-03-29
  • Invited
• [Presentation] Switching to survival mode: noncoding RNAs in an anhydrobiotic insect and their possible roles in acquiring complete desiccation resistance (2012)
  • Author(s): Gusev O, Cornette R, Suetsugu Y, Kikawada T
  • Organizer: 第35回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2012-12-13
• [Presentation] ネムリユスリカの乾燥無代謝休眠を支えるゲノム情報 (2012)
  • Author(s): 黄川田隆洋, グセフオレグ, コルネットリシャー, 末次克行
  • Organizer: 第35回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2012-12-12
• [Presentation] 極限乾燥耐性昆虫ネムリユスリカのLEAタンパク質によるSUMOプロテアーゼ阻害作用について (2012)
  • Author(s): 畑中理恵, 黄川田隆洋
  • Organizer: 2012年度極限環境生物学会年会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2012-12-02
• [Presentation] Comparative genomics for understanding how to survive under extreme desiccation conditions (2012)
  • Author(s): Kikawada T, Gusev O, Suetsugu Y, Cornette R, Okuda T
  • Organizer: The Third International Scientific and Practical Conference: Postgenomic Methods of Analysis in Biology, and Laboratory and Clinical Medicine
  • Place of Presentation: カザニ、ロシア
  • Year and Date: 2012-11-24
  • Invited
• [Presentation] メタボローム解析からみたネムリユスリカの乾燥耐性におけるトレハロースの役割 (2012)
  • Author(s): 黄川田隆洋
  • Organizer: 第16回トレハロースシンポジウム
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2012-10-25
  • Invited
• [Presentation] Surviving rules: wide overlap in gene expression response to desiccation and ionizing radiation in an anhydrobiotic midge (2012)
  • Author(s): Gusev O, Mukae K, Sugimoto M, Kikawada T, Sakashita T, Okuda T
  • Organizer: 12th European Workshop on Astrobiology
  • Place of Presentation: ストックホルム、スウェーデン
  • Year and Date: 2012-10-16
  • Invited
• [Presentation] ネムリユスリカの乾燥無代謝休眠を支えるゲノム情報と原因遺伝子の解明 (2012)
  • Author(s): 末次克行, コルネット・リシャー, グセフ・オレグ, 川島武士, 佐藤矩行, 黄川田隆洋
  • Organizer: 新学術領域研究「複合適応形質進化の遺伝子基盤解明」平成24年度公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2012-09-26
• [Presentation] Криптобиоз в насекомых: Генетические основы способности к выживанию в открытом космосе (2012)
  • Author(s): Гусев О.А, Кикавада Т, Окуда Т, Новикова Н.Д, Сычев В.Н, Левинских М.А
  • Organizer: Астробиология: от происхождения жизни на Земле к жизни во Вселенной
  • Place of Presentation: プシノ、ロシア
  • Year and Date: 2012-09-18
  • Invited
• [Presentation] Oxidative stress is a major factor for the induction of anhydrobiosis in the desiccation-tolerant midge, Polypedilum vanderplanki (2012)
  • Author(s): Cornette R, Iwata K, Kanamori Y, Gusev O, Kikawada T, Okuda T
  • Organizer: XXIV International Congress of Entomology
  • Place of Presentation: テグ、韓国
  • Year and Date: 2012-08-21
• [Presentation] Survival in extreme environment by ”preserve-expand-specialize” strategy: lessons from comparative genomics of an anhydrobiotic midge (2012)
  • Author(s): Gusev O, Sychev V, Novikova N, Sugimoto M, Okuda T, Kikawada T
  • Organizer: 39th COSPAR Scientific Assembly
  • Place of Presentation: マイソール、インド
  • Year and Date: 2012-07-20
  • Invited
• [Presentation] Morphological and transcriptional response of an anhydrobiotic insect to ionizing radiation and desiccation: steps forward in understanding molecular background of extreme radioresistance in higher eukaryotes (2012)
  • Author(s): Gusev O, Mukae K, Sakashita T, Sychev V, Novikova N, Kikawada T, Okuda T
  • Organizer: 39th COSPAR Scientific Assembly
  • Place of Presentation: マイソール、インド
  • Year and Date: 2012-07-18
• [Presentation] 極限乾燥耐性昆虫ネムリユスリカとLEAタンパク質 (2012)
  • Author(s): 畑中理恵, グセフ・オレグ, コルネット・リシャー, 末次克行, 奥田隆, 佐藤矩行, 黄川田隆洋
  • Organizer: 第57回低温生物工学会年会
  • Place of Presentation: つくば
  • Year and Date: 2012-06-01
• [Presentation] ネムリユスリカの極限乾燥耐性機構の分子基盤 (2012)
  • Author(s): 黄川田隆洋
  • Organizer: 第57回低温生物工学会年会
  • Place of Presentation: つくば
  • Year and Date: 2012-06-01
  • Invited
• [Presentation] 活性酸素種によって制御される乾燥誘導性遺伝子の探索 (2012)
  • Author(s): 迎恭輔, グセフ・オレグ, 畑中理恵, コルネット・リシャー, 奥田隆, 黄川田隆洋
  • Organizer: 第57回低温生物工学会年会
  • Place of Presentation: つくば
  • Year and Date: 2012-06-01
• [Presentation] Origin and functions of LEA proteins in an anhydrobiotic insect: insights from genomics and transcriptomics (2012)
  • Author(s): Gusev O, Hatanaka R, Cornette R, Okuda T, Furuki T, Sakurai M, Kikawada T
  • Organizer: NIAS International Seminar for Cryobiology and Cryotechnology
  • Place of Presentation: つくば
  • Year and Date: 2012-05-31
  • Invited
• [Presentation] The sleeping chironomid genome project toward understanding molecular context underlying the extreme desiccation tolerance, anhydrobiosis (2012)
  • Author(s): Kikawada T, Gusev O, Cornette R, Okuda T
  • Organizer: International symposium of NODAI genome research center, Genome Research, Current challenges and Future directions
  • Place of Presentation: 東京品川コクヨホール(招待講演)
  • Year and Date: 2012-01-21
• [Presentation] Molecular mechanisms of anhydrobiosis in larvae of the African midge Polypedilum vanderplanki (2012)
  • Author(s): Comette R, Kikawada T, Okuda T
  • Organizer: 6th International Workshop on Desiccation Sensitivity and Tolerance in Seeds and Vegetative Plant Tissues
  • Place of Presentation: Cradle of Humankind, South Africa
  • Year and Date: 2012-01-09
• [Presentation] Mecanisme de l' anhydrobiose chez la larve du Chironome africain Polypedilum vanderplanki (2011)
  • Author(s): Cornette R, Kikawada T, Okuda T
  • Organizer: Journee Francophone de la Recherche 2011
  • Place of Presentation: 東京日仏会館
  • Year and Date: 2011-12-17
• [Presentation] 極限乾燥耐性昆虫ネムリユスリカのLEAタンパク質は乾燥時に抗凝集活性を示す (2011)
  • Author(s): 畑中理恵, 薦田(萩原)優香, 金森保志, 藤田弥佳, 奥田隆, 黄川田隆洋
  • Organizer: 第12回極限環境生物学会年会
  • Place of Presentation: 長崎大学
  • Year and Date: 2011-11-27
• [Presentation] ネムリユスリカの乾燥耐性特異的遺伝子を導入したキイロショウジョウバエにおける耐性能力検証の試み (2011)
  • Author(s): 金森保志, 山田博万, 渡邊和代, コルネット・リシャー, 黄川田隆洋, 奥田隆, 山本雅敏
  • Organizer: 第12回極限環境生物学会年会
  • Place of Presentation: 長崎大学
  • Year and Date: 2011-11-27
• [Presentation] 乾燥・放射線ストレスによる活性酸素種除去機構の差異 (2011)
  • Author(s): 迎恭輔, コルネット・リシャー, グセフ・オレグ, 奥田隆, 黄川田隆洋
  • Organizer: 第12回極限環境生物学会年会
  • Place of Presentation: 長崎大学
  • Year and Date: 2011-11-27
• [Presentation] 昆虫の排泄器官における糖の再吸収に関与するトランスポーターの同定 (2011)
  • Author(s): 菊田真吾, 萩原(薦田)優香, 野田博明, 黄川田隆洋
  • Organizer: 日本農芸化学会関東支部2011年度大会
  • Place of Presentation: 群馬県邑楽郡板倉町東洋大学生命科学部
  • Year and Date: 2011-10-15
• [Presentation] Adaptation to extreme environments and small genome size in Chironomids (2011)
  • Author(s): Cornette R, Gusev O, Nakahara Y, Shimura S, Kikawada T, Okuda T
  • Organizer: 4th International Symposium of Environmental Physiology of Ectotherms and Plants
  • Place of Presentation: Rennes, France
  • Year and Date: 2011-07-18
• [Presentation] Effects of Group 3 LEA model peptides on desiccation-induced protein aggregation (2011)
  • Author(s): Fukui T, Shimizu T, Chakrabortee S, Hatanaka R, Kikawada T, Okuda T, Tunnacliffe A, Sakurai M
  • Organizer: 4th International Symposium of Environmental Physiology of Ectotherms and Plants
  • Place of Presentation: Rennes, France
  • Year and Date: 2011-07-18
• [Presentation] DNA damage and repair upon anhydrobiosis in the Sleeping Chironomid, Polypedilum vanderplanki (2011)
  • Author(s): Gusev O, Nakahara Y, Comette R, Iwata K, Sakashita T, Hamada N, Kikawada T, Kobayashi Y, Majima H, Okuda T
  • Organizer: 4th International Symposium of Environmental Physiology of Ectotherms and Plants
  • Place of Presentation: Rennes, France
  • Year and Date: 2011-07-18
• [Presentation] Biochemical characterization of the chironomid LEA protein, PvLEA4 (2011)
  • Author(s): Hatanaka R, Hagiwara-Komoda Y, Kanamori Y, Fujita M, Cornette R, Okuda T, Kikawada T
  • Organizer: 4th International Symposium of Environmental Physiology of Ectotherms and Plants
  • Place of Presentation: Rennes, France
  • Year and Date: 2011-07-18
• [Presentation] Anhydrobiomics research of the sleeping chironomid : toward a comprehensive understanding the molecular context underlying extreme desiccation tolerance (2011)
  • Author(s): Kikawada T, Cornette R, Gusev O, Suetsugu Y, Mukae K, Kikuta S, Hatanaka R, Shimura S, Satoh N, Okuda T
  • Organizer: 4th International Symposium of Environmental Physiology of Ectotherms and Plants
  • Place of Presentation: Rennes, France
  • Year and Date: 2011-07-18
• [Presentation] グループ3LEAタンパク質の22merモデルペプチドが示すタンパク質凝集抑制効果 (2011)
  • Author(s): 古木隆生, 清水天平, Chakraborte S, 高橋剛, 畑中理恵, 黄川田隆洋, 三原久和, 奥田隆, Tunnacliffe A, 櫻井実
  • Organizer: 第56回低温生物工学会年会セミナー及び年会
  • Place of Presentation: 盛岡市いわて県民情報交流センター
  • Year and Date: 2011-07-08
• [Presentation] ネムリユスリカLEAタンパク質(PvLEA4)の機能解析 (2011)
  • Author(s): 畑中理恵, 薦田(萩原)優香, 金森保志, 藤田弥佳, コルネット・リャー, 奥田隆, 黄川田隆洋
  • Organizer: 第56回低温生物工学会年会セミナー及び年会
  • Place of Presentation: 盛岡市いわて県民情報交流センター
  • Year and Date: 2011-07-08
• [Presentation] 極限乾燥耐性の分子メカニズム理解に向けたネムリユスリカanhydrobiomics (2011)
  • Author(s): 黄川田隆洋, Cornette R, Gusev O, 末次克行, 菊田真吾, 迎恭輔, 畑中理恵, 志村幸子, 佐藤矩行, 奥田隆
  • Organizer: 第56回低温生物工学会年会セミナー及び年会
  • Place of Presentation: 盛岡市いわて県民情報交流センター
  • Year and Date: 2011-07-08
• [Presentation] マイクロアレイを用いたネムリユスリカにおける乾燥耐性機構の解析 (2011)
  • Author(s): 迎恭輔, コルネット・リシャー, オレグ・グセフ, 畑中理恵, 奥田隆, 黄川田隆洋
  • Organizer: 第56回低温生物工学会年会セミナー及び年会
  • Place of Presentation: 盛岡市いわて県民情報交流センター
  • Year and Date: 2011-07-08
• [Presentation] ヌマエラビル(Ozobranchus jantseanus)における耐凍性 (2011)
  • Author(s): 鈴木大, 宮本智子, 黄川田隆洋, 渡辺学, 鈴木徹
  • Organizer: 第56回低温生物工学会年会セミナー及び年会
  • Place of Presentation: 盛岡市いわて県民情報交流センター
  • Year and Date: 2011-07-08
• [Presentation] ユスリカにおける極限環境適応の進化:系統関係とゲノムサイズの影響 (2011)
  • Author(s): Cornette R, Gusev O, 中原雄一, 黄川田隆洋, 奥田隆
  • Organizer: 第22回ユスリカ研究集会
  • Place of Presentation: 滋賀県近江八幡市「休暇村近江八幡」
  • Year and Date: 2011-05-08
• [Remarks]