2016 Fiscal Year Research-status Report
遺伝子の水平伝播ワールドにおける細菌分類の指標探索
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15K14595
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| Research Institution | National Institute of Genetics |
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Principal Investigator |
馬場 知哉 国立遺伝学研究所, 先端ゲノミクス推進センター, 特任教員 (00338196)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 南極 / 微生物 / ゲノム / 遺伝子 / 水平伝播 / 系統解析 / 分類 / 表現型 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は大陸移動により他の大陸から隔離され、特殊な環境（極低温、貧栄養、白夜／極夜の特殊な日照条件など）に変容した南極大陸上の湖沼生物圏を構成する細菌のゲノム構造における多様な遺伝子の水平伝播と16S rRNAなど一部の遺伝子配列情報に基づく系統解析を整理し、ゲノム情報を網羅的な遺伝型として、その表現型との関連性により、南極の特殊環境における細菌の進化と分類に関する新たな指標探索を目的としている。その解析対象となる細菌株として世界中に広く分布し、ヒト病原菌、植物病原菌、窒素固定菌、植物の生育促進菌、難分解性物質の分解菌など機能的にも環境的にも多様な適応進化と種分化が研究され、ゲノム情報の蓄積が最も多いPseudomonas属細菌を中心に、Rhizobium属、Brevundimonas属、Polaromonas属、Shingomonas属、Rhodoferax属、Flavobacterium属など、日本の昭和基地に近い湖沼底の生物圏を構成する様々な細菌分離株についても他の大陸の近縁種との比較ゲノム情報解析を行った結果、系統解析からは同種とみなされるものの、南極株においてはゲノム上の約３～４割の遺伝子は水平伝播により獲得されたことが示唆され、その割合は他の大陸株と比較すると顕著に高いことが明らかとなった。また、水平伝播遺伝子の機能としては、窒素循環、炭酸固定、光応答、接合伝達など代謝やエネルギー循環に関わる遺伝子群の存在と共に、機能未知の遺伝子群も多く、これらの遺伝子の機能推定や解析が今後の課題として示唆された。また、Pseudomonas属細菌で示唆された南極株と他の大陸株の間で保存された遺伝子におけるアミノ酸組成の変化や使用コドンの変動も、Pseudomonas属以外の細菌においても同様の傾向が示唆され、ゲノムレベルでの南極の低温環境への適応進化の可能性が示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の研究計画では、フェノタイプ（表現型）マイクロアレイと呼ばれる最大で1920通りの培養条件（培養液組成）での細胞応答を調べる実験システムにより、南極株とその近縁の他の大陸株での比較解析実験までを行う予定であったが、その比較解析に最適な細菌株の選定と、そのゲノム解析、培養条件（培養液組成、温度）の検討についてPseudomonas属細菌を中心に、Rhizobium属、Brevundimonas属、Polaromonas属、Shingomonas属、Rhodoferax属、Flavobacterium属などで行った。これは比較解析株の選定が、今後の本研究の成否に大きく関係すると考えられたからである。その結果、比較解析（特に情報解析）の諸条件を考慮すると、Pseudomonas属細菌に優位性が認められ、南極株と他の大陸株の一部を用いてフェノタイプ（表現型）マイクロアレイの予備検討を実施した。南極株は低温域（15度以下）で良好な生育能を示し、他の大陸株は中温域（30度付近）で良好な生育能を示すため、同一条件下での比較解析実験の条件検討に時間を要した。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度（最終年度）に本研究課題を完遂させるために、フェノタイプ（表現型）マイクロアレイの比較解析実験はPseudomonas属細菌に限定すると共に、最大で1920通りの培養条件（培養液組成）での細胞応答が調べられる実験システムの中から、本研究課題における細胞内の中心的な代謝経路の予測に必須の培養条件（培養液組成）に限定し効率化を図る計画である。また、Pseudomonas属細菌以外のRhizobium属、Brevundimonas属、Polaromonas属、Shingomonas属、Rhodoferax属、Flavobacterium属などについては、比較ゲノム解析を中心とした情報解析により将来的な比較解析実験に資する多角的な考察データの蓄積に注力し、Pseudomonas属細菌での結果と合わせて本研究を取りまとめていく方針である。なお、これには現在、解析の途中となっているDevosia属、Phenylobacterium属、Cryobacterium属、Frigoribacterium属の細菌も含めて行う予定である。
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| Causes of Carryover |
本研究課題における有限な研究費を最大限に有効に活用すべく、他の研究費の活用が可能な部分は代替を積極的に進め、本研究課題の研究費を充当することが妥当な経費のみに限定して予算を使用した。さらに、研究協力者との連携により情報解析の協力や、DNAの塩基配列の配列データベースに登録されているゲノム情報など、公的なデータベースと解析ツールの活用を優先して研究戦略を策定した。その結果、当初の計画における実験の一部を次年度に移行させることとなり、そのため次年度に使用額が生じることとなった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
当初の研究計画において予定していたフェノタイプ（表現型）マイクロアレイ解析実験を次年度に実施する計画である。比較対象とすべき細菌株は今年度の予備検討に用いたPseudomonas属細菌の４株を計画しているが、フェノタイプ（表現型）マイクロアレイ解析実験の培養条件を当初計画の1920通りから細胞内の中心的な代謝経路の予測に必須の培養条件（培養液組成）に限定することにより、研究費と研究期間の効率化を図る計画である。これらの実験に要する試薬・消耗品の経費（物品費）、研究協力者との打ち合わせおよび学会等での発表のための経費（旅費）、論文投稿に関わる経費（その他）を予定している。
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[Presentation] 南極にみる遺伝子の水平伝播ワールド2016
Author(s)
馬場知哉, 阿部貴志, 豊田敦, 中井亮佑, 長沼毅, 藤山秋佐夫 , 神田啓史, 本山秀明, 伊村智, 仁木宏典
Organizer
第39回日本分子生物学会年会
Place of Presentation
パシフィコ横浜（神奈川県、横浜市）
Year and Date
2016-11-30 – 2016-12-02
Invited
