アクアトロンを用いた水域生態系における遺伝子の伝播と発現機構の解析

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13309009
• Research Institution: KYOTO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 川端 善一郎 京都大学, 生態学研究センター, 教授 (80108456)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 遠藤 銀朗 東北学院大学, 工学部, 教授 (80194033) ; 那須 正夫 大阪大学, 大学院・薬学研究科, 教授 (90218040)
• Keywords: アクアトロン / アオコ / 環境因子 / 接合性遺伝子伝播 / ファージ感染 / 溶存態DNA / 細胞内転位 / トランスポゾン

Research Abstract

「アクアトロンに形成した群集において、マーカー遺伝子の生残、伝播、発現を定量的に明らかにし、これらに関わる環境因子を特定するする」ための以下の基礎実験を行った。
1)アクアトロンに形成した藍藻Microcystis aeruginosaのアオコが遺伝子伝播に促進的に働くのか、または抑制的に働くのかを明らかにするために、M.aeruginosaの存在下でE.coliS17-1(pBHR1)を遺伝子供与体とし、Pseudomonas stutzeriを遺伝子受容体とし、pBHR1の接合性遺伝子伝播頻度を解析したところ、M.aeruginosaが遺伝子伝播を促進することが明らかになった。さらにM.aeruginosaの細胞ではなく、代謝産物が遺伝子伝播促進効果を持つことが明らかになった。
2)どのような生物間相互作用が自然形質転換の素材である溶存態DNAの生産に寄与するかを調べるために、GFPタンパクをコードするプラスミドを有する大腸菌を用い、自己溶菌、ファージ感染、原生動物に捕食排泄させ、染色体およびプラスミド由来の溶存態DNAの量と形態を調べた。その結果、自己溶菌、ファージ感染においては、機能的な遺伝子をコードするのに十分な長さの溶存DNAが生産されたが、原生動物の捕食によって生産された溶存態DNAは量も少なく、染色体DNAが著しく断片化されていた。これらのことから、自己溶菌およびファージ感染によって生産される溶存態DNAが自然環境中における遺伝子プールとして細菌間の遺伝子水平伝播への寄与が大きいと考えられた。
3)自然界から分離したトランスポゾンを非伝達生プラスミドpGEMに組み込んでトランスポゾン転移実験用プラスミドを作成した。このプラスミドと伝達性プラスミドpR388をE.coli DH5αに組み込み、さらにトランスポゾンをE.coliS17-1に接合伝播させることに成功した。このことから元の自然試料由来のトランスポゾンがプラスミドを介することによって細胞内転移を起こすことが判明した。

Research Products

• [Publications] Matsui, K., lshii, N., Honjo, M., Kawabata, Z.: "Use of the SYBER Green I fluorescence dye and centrifugal filter device for rapid determination of dissolved DNA concentration in fresh water"Aquatic Microbial Ecology. 印刷中(In press). (2004)
• [Publications] Matsui, K., Ishii, N., Kawabata, Z.: "Microbial interactions affecting the natural transformation of Bacillus subtilis in a model aquatic ecosystem"FEMS Microbiology Ecology. 45. 211-218 (2003)
• [Publications] Matsui, K., Ishii, N., Kawabata, Z: "Release of extracellular transformable plasmid DNA from Esherichia coli by co-cultivated with algae"Applied and Environmental Microbiology. 69・4. 2399-2404 (2003)
• [Publications] 川端善一郎: "水域生態系における遺伝子資源としての溶存態DNAの動態"生物工学会誌. 81・10. 425-427 (2003)
• [Publications] Araya, R., Tani, K., Takagi, T., Yamaguchi, N., Nasu, M.: "Bacterial activity and community composition in stream water and biofilm from an urban river determined by fluorescent in situ hybridization and DGGE analysis"FEMS Microbiology Ecology. 43. 111-119 (2003)
• [Publications] Araya, R., Yamaguchi, N., Tani, K., Nasu, M.: "Change in the bacterial community of natural river biofilm duringbiodegradation of aniline-derived compounds determined by denaturing gradient gel electrophoresis"J. Health Science. 49. 379-385 (2003)
• [Publications] Maruyama, F., Kenzaka, T., Yamaguchi, N., Tani, K., Nasu, M.: "Detection of bacteria carrying the stx2 gene by in situ loop-mediated isothermal amplification"Applied and Environmental Microbiology. 69. 5023-5028 (2003)
• [Publications] Ogawa, M., Tani, K., Yamaguchi, N., Nasu, M.: "Development of multicolour digital image analysis system to enumerate actively respiring bacteria in natural river water"Journal of Applied Bacteriology. 95. 120-128 (2003)
• [Publications] 谷 佳津治, 那須正夫: "培養操作に依存しない遺伝子伝播研究"生物工学会誌. 81・10. 438-440 (2003)
• [Publications] Narita, M., Matsui, K., Kawabata, Z., Endo, G.: "Dissemination of TnMERI1-like mercury resistance transposons among Bacillus isolated from worldwide environmental samples"FEMS Microbiology Ecology. 印刷中(In press). (2004)
• [Publications] Narita, M., Chiba, K., Nishizawa, H., Ishii, H., Huang, C-C., Kawabata, Z., Silver, S.: "Diversity of Mercury resistance determinants among Bacillus strains isolated from sediment of Minamata Bay"FEMS Microbiology Letters. 223. 73-82 (2003)
• [Publications] 遠藤銀朗: "トランスポゾン介する地球規模での遺伝子の拡散とその環境バイオテクノロジーへの応用"生物工学会誌. 81・10. 428-430 (2003)
• [Publications] 川端善一郎, 他(298名)日本生態学会編: "生態学事典(食物網(265-268)、ミクロコスム(521-523)、エコトロン(34-35))"共立出版、東京. 682 (2003)
• [Publications] Endo, G.: "Horizontal transfer of mercury resistance genes for biogeochemical detoxification of mercury in the ecosystem and potential use in bioremediation"OECD-ISEB16. (2003)