2016 Fiscal Year Research-status Report
グリーンヒドラ共生系における動物－藻類－細菌間相互作用とゲノム進化
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15K07173
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
濱田 麻友子 岡山大学, 理学部, 特別契約職員(助教) (40378584)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 共生 / ゲノム / 進化 / ヒドラ / クロレラ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
刺胞動物グリーンヒドラは特定の共生クロレラを細胞内に共生させている。これまでに私はグリーンヒドラを動物―藻類の共生モデルシステムとし、ゲノム・トランスクリプトーム解析などによるゲノム科学的視点から、ホストと共生体の間の協調的な栄養のやりとりや、共生クロレラにおける窒素同化遺伝子の欠失にみられるようなゲノム縮小を明らかにしてきた。本研究では、ホストであるグリーンヒドラと共生体であるクロレラ両方のゲノム情報から動物―藻類共生システムの理解を深めることを目的としている。それに加え、この共生システムへの細菌の関与を明らかにすることで、動物―藻類―微生物コミュニティにおける分子相互作用とゲノム進化を明らかにしたいと考えている。平成２７年度はグリーンヒドラのゲノム解読とグリーンヒドラと共生クロレラの遺伝子モデルの構築とそのアノテーション付けを行い、解析の基盤を整えた。
平成２８年度は共生クロレラの系統関係を詳細に解析し、クロレラ科Meyerella属に属することを明らかにした。さらにグリーンヒドラ、共生クロレラ遺伝子の比較ゲノム解析を行い、欠失遺伝子、重複遺伝子、水平伝播遺伝子の中から、特に光合成や代謝など共生システムに関わっていると考えられるものに着目した。その結果、窒素代謝系においてはこれまでに明らかにした硝酸同化遺伝子群だけでなく尿素トランスポータが欠失しており、他にもアミノ酸、糖代謝において重要な役割をしている遺伝子が欠失している可能性があることがわかった。また共生クロレラでは、(1)タンパク質間相互作用、(2)アミノ酸輸送、(3)細胞壁に関わる多糖類合成、(4)ポリケチド・非リボソーマルペプチド合成酵素に関わる遺伝子が多くみられた。特にこの中で(3)と(4)に関しては、それぞれウイルスと細菌からの直接または間接的な水平伝播によって獲得された遺伝子であることが示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究ではグリーンヒドラとその共生クロレラのゲノム解析を行い、動物―藻類共生システムの成立と維持のメカニズムやそのゲノム進化を理解することに加え、グリーンヒドラ共生系における共生細菌の関与を明らかにすることを目的としている。
平成２８年度は、(1) グリーンヒドラ、共生クロレラにおいて欠失、重複、水平伝播をおこした遺伝子の中から、特に光合成や代謝など共生システムに深く関わっていると思われる遺伝子を同定すること、(2) 細胞内共生細菌のゲノム解析と系統解析を行う予定であったが、沖縄科学技術大学院大学から岡山大学へと異動となったため、まず初めに飼育、実験、解析環境の整備をする必要があった。そのため、当初予定していた(2)の計画のうち、共生細菌の培養と系統解析を行うことができず、以上の本研究計画の達成度は「やや遅れている」とした。その一方、(1)に関しては目的を達成することができ、(2)に関してはヒドラゲノム配列の中から共生細菌由来であると考えられる配列を分離することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２８年度までにグリーンヒドラと共生クロレラの遺伝子モデルを作成し、これらのゲノムに見られる欠失遺伝子、重複遺伝子、水平伝播遺伝子の中から、特に光合成や代謝など共生システムに関わっていると考えられる遺伝子について詳細な解析の候補とした。本年度はこれらの遺伝子に関してmRNA-seqや定量PCRによる発現解析や系統解析などを行い、グリーンヒドラ共生系における役割や共生ゲノム進化の過程を明らかにする予定である。解析には次世代シークエンサーであるIllumina Miseqと昨年販売開始となった第三世代シークエンサーNanopores社MinIONとを併用することで、より質の高いシークエンスデータを得たいと考えている。
また、これまでにグリーンヒドラゲノムシークエンス中に共生細菌由来であると思われるゲノム配列を分離することができた。本年度はこれらの配列を利用し、ヒドラ細胞内に存在する共生細菌を同定し、グリーンヒドラやクロレラとの相互作用を明らかにすることに加え、グリーンヒドラゲノムや共生クロレラゲノムに存在するバクテリアからの水平伝播遺伝子との関係を明らかにしたいと考えている。
本年度は以上の解析を完了させ、ヒドラ―クロレラ―バクテリア共生システムの相互作用とそのゲノム進化を考察し、論文としてまとめる予定である。
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| Causes of Carryover |
前年度に購入予定であったゲノム解析用のコンピューター（約40万円）に関しては、国立遺伝学研究所のスーパーコンピューターを使用することにしたため購入を控え、データバックアップのためのストレージと第三世代シークエンサーNanopore社MinION購入（合計 約５０万円）の費用にまわすことにした。また、共生細菌のゲノムシークエンスに使用する予定であった試薬は、ヒドラシークエンス中に存在している共生細菌のシークエンスをアセンブル後に分離することができたため購入を控え、Illumina MiseqもしくはNanopore MiNIONによるゲノム・トランスクリプトームシークエンス用に回すことにした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
本年度はシークエンス用の予算としてNanopore MinIONシークエンサー本体とその試薬の購入のための試薬（本体＋試薬合計約５０万円）、Illumina用のサンプル調整キットとシークエンスキット（合計約５０万円）購入に加え、一般試薬・消耗品として分子生物学実験用の試薬・実験器具用のガラス製品ガラス・紙、プラスチック製品の購入を計画している（約５０万円）。また国内旅費として２回の国内学会参加のための費用（約１０万円）と、海外旅費として１回の国際学会参加のためのドイツ渡航費用（約３０万円）を計画している。
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