2021 Fiscal Year Annual Research Report
多様な選択圧下での大腸菌進化実験による揺らぎ－応答関係の定量解析
| Project Area | Evolutionary theory for constrained and directional diversities |
|---|
| Project/Area Number |
17H06389
|
|---|
| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
|---|
Principal Investigator |
古澤 力 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (00372631)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
若本 祐一 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (30517884)
津留 三良 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任助教 (80594506)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2022-03-31
|
| Keywords | 進化実験 / 進化的制約 / 大腸菌 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
進化過程における表現型変化は任意の方向に起こるのではなく、そこには明確な制約と方向性が存在する。本研究では、大腸菌進化実験を用いることにより、その表現型変化の制約と方向性の存在を定量的に解析した。主な成果を以下に記載する。
(1) 大腸菌進化実験を用いた発現揺らぎ・環境応答・進化応答の定量解析：多様なストレス環境下での大腸菌進化実験に加え、選択圧の影響をできるだけ排除した変異蓄積実験を行い、様々に異なる表現型・遺伝子型を持つ大腸菌株を作成した。それらの株の解析から、進化過程における表現型変化は状態空間において低次元に拘束されており、さらにその進化応答の大きさは、環境応答と表現型揺らぎの大きさと相関をしていることが示された。この結果は理論研究からの予測と合致していることを確認した。
(2) 生態系進化実験系の構築：自然界では生物は単独の種で進化をすることは無く、他の生物種との相互作用を無視することはできない。そこで微生物種を混合した人工生態系を初期状態として、抗生物質を添加した環境下で植え継ぎ培養を行う生態系進化実験を行った。結果として、単独では生存できない高い抗生物質濃度の環境下でも、より高い耐性を持つ他種との相互作用を通じて生存することが可能となるなど、単独微生物種の進化実験とは大きくことなる進化ダイナミクスの振る舞いを観察することに成功した。
(3) オペロン形成の新規メカニズムの提案と実験的検証：原核生物で は、機能が関連した複数の遺伝子がオペロンと呼ばれる構造にまとめられており、それが可能な表現型変化の制約となっているが、その出現メカニズムは不明であった。本研究では、トランスポゾンの一種である挿入配列に注目し、それが持つ自己および近傍の DNA 配列に多様な構造変異を誘発させる性質が、オペロン形成を促進するという仮説を立てた。さらに、その仮説を進化実験により検証した。
|
| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
|
