中等度好熱菌に比肩する高温耐性を獲得した常温性シアノバクテリア突然変異株の解析

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K07368
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture
• Principal Investigator: 兼崎 友 東京農業大学, その他部局等, 研究員 (70380293)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: シアノバクテリア / 高温ストレス / リシークエンス解析 / 突然変異

Outline of Annual Research Achievements

これまでの研究により確立した次世代シーケンサーを用いた高精度リシーケンス解析の技術により、シアノバクテリアSynechococcus elongatus PCC 7942 高温耐性変異株について、ゲノム上の変異部位をゲノムワイドに同定した。寒天プレート培地上での長期間の高温順化培養により、通常の生育限界温度である43℃を超えた突然変異株について、さらに高温での連続培養を継続し、生育限界温度の上昇が見られる度にDNA を抽出し、次世代シーケンサーによりその全ゲノム配列をリシーケンスして変異部位の特定をおこなった。現在までに、生育限界温度の上昇と多数の遺伝子への突然変異の累積を観測できており、原因遺伝子の絞込みを進めている。また、本研究に関連した比較ゲノム解析とリシーケンス解析技術のさらなる精度向上のため、いくつかの突然変異株のリシーケンス解析及び他の好熱性シアノバクテリアのゲノム解析についても解析を実施した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

寒天プレート培地上での長期間の高温順化培養により、通常の生育限界温度である43℃を超えた突然変異株について、生育限界温度の上昇が見られる度にDNAを抽出し、次世代シーケンサーによりその全ゲノム配列をリシーケンスした。様々な解析から、最初の突然変異により生育限界温度の大きなジャンプアップが起き、その後の変異の蓄積により徐々に生育限界温度が上昇している可能性が示唆された。リシーケンス解析の結果、最初に起きた突然変異の原因遺伝子座を３箇所にまで絞り込むことに成功した。現在、これらの遺伝子の検証実験を実施中である。

Strategy for Future Research Activity

長期の高温順化培養は現在も継続中であり、突然変異株の生育限界温度はさらに継続的に上昇している。これらについては引き続きリシーケンス解析を継続し、相同組換え技術を用いて原因遺伝子との関係を明らかにしていくと共に、変異の規則性の有無などについても考察を進める。また種々の生理学的データの取得についてさらに解析を進める。

Causes of Carryover

年度末に発注予定であった高額な実験試薬が、製造元の都合により年度内に届かないことが判明したため、次年度購入に切り替えたことによる。

Expenditure Plan for Carryover Budget

新年度に入り次第試薬を発注するため、問題なく予算消化が可能である。

Research Products

• [Journal Article] Complete genome sequencing of cyanobacterium Leptolyngbya sp. NIES-3755 Journal of Biotechnology. (2016)
  • Author(s): Hirose Y., Fujisawa T., Ohtsubo Y., Katayama M., Misawa N., Wakazuki S., Shimura Y., Nakamura Y., Kawachi M., Yoshikawa H., Eki T., and Kanesaki Y.
  • Journal Title: Genome Announcements Volume: 4 Pages: e00090-16
  • DOI: 10.1128/genomeA.00090-16.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Complete genome sequence of cyanobacterium Fischerella sp. NIES-3754, providing thermoresistant optogenetic tools. (2016)
  • Author(s): Hirose Y., Fujisawa T., Ohtsubo Y., Katayama M., Misawa N., Wakazuki S., Shimura Y., Nakamura Y., Kawachi M., Yoshikawa H., Eki T., and Kanesaki Y.
  • Journal Title: Journal of Biotechnology Volume: 220 Pages: 45-46
  • DOI: doi: 10.1016/j.jbiotec.2016.01.011.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Complete genome sequence of cyanobacterium Nostoc sp. NIES-3756, a potentially useful strain for phytochrome-based bioengineering. (2016)
  • Author(s): Hirose Y., Fujisawa T., Ohtsubo Y., Katayama M., Misawa N., Wakazuki S., Shimura Y., Nakamura Y., Kawachi M., Yoshikawa H., Eki T., and Kanesaki Y.
  • Journal Title: Journal of Biotechnology Volume: 220 Pages: 51-52
  • DOI: 10.1016/j.jbiotec.2015.12.002.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Diversification of DnaA dependency for DNA replication in cyanobacterial evolution. (2016)
  • Author(s): Ohbayashi R., Watanabe S., Ehira S., Kanesaki Y., Chibazakura T., and Yoshikawa H.
  • Journal Title: ISME Journal Volume: 10 Pages: 1113-1121
  • DOI: 10.1038/ismej.2015.194.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Intensive DNA replication and metabolism during the lag phase in cyanobacteria (2015)
  • Author(s): Watanabe S., Ohbayashi R., Kanesaki Y., Saito N., Chibazakura T., Soga T., and Yoshikawa H.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 10 Pages: e0136800
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0136800.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Analysis of spontaneous suppressor mutants from the photomixotrophically-grown pmgA-disrupted mutant in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803. (2015)
  • Author(s): NishijimaY., Kanesaki Y., Yoshikawa H., Ogawa T., Sonoike K., Nishiyama Y., and Hihara Y.
  • Journal Title: Photosynthesis Research Volume: 126 Pages: 465-475.
  • DOI: 10.1007/s11120-015-0143-8.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Identification of centromere regions in chromosomes of a unicellular red alga, Cyanidioschyzon merolae. (2015)
  • Author(s): Kanesaki Y, Imamura S, Matsuzaki M, and Tanaka K.
  • Journal Title: FEBS Letters Volume: 589 Pages: 1219-1924
  • DOI: 10.1016/j.febslet.2015.04.009.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Identification of the associated genes for substrain-specific phenotypes of a cyanobacterium, Synechococcus elongatus PCC 7942. (2015)
  • Author(s): Kanesaki Y., Ohbayashi R., Watanabe S., and Yoshikawa H.
  • Organizer: International Symposium on Phototrophic Prokaryotes
  • Place of Presentation: Tubingen, Germany
  • Year and Date: 2015-08-02 – 2015-08-06
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Variety of dependency on DnaA protein for DNA replication among cyanobacteria (2015)
  • Author(s): Ohbayashi R., Watanabe S., Ehira S., Kanesaki Y., Chibazakura T., and Yoshikawa H.
  • Organizer: International Symposium on Phototrophic Prokaryotes
  • Place of Presentation: Tubingen, Germany
  • Year and Date: 2015-08-02 – 2015-08-06
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cell division-uncoupled DNA replication and metabolism in cyanobacteria Synechococcus elongatus PCC 7942. (2015)
  • Author(s): Watanabe S., Ohbayashi R., Kanesaki Y., Chibazakura T., and Yoshikawa H.
  • Organizer: International Symposium on Phototrophic Prokaryotes
  • Place of Presentation: Tubingen, Germany
  • Year and Date: 2015-08-02 – 2015-08-06
  • Int'l Joint Research