2018 Fiscal Year Annual Research Report
Evolutionary improvement of mutational robustness at the genomic scale
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15KT0078
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
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)
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| Project Period (FY) |
2015-07-10 – 2019-03-31
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| Keywords | 遺伝子発現 / ゆらぎ / 大腸菌 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、変異の有害作用を防ぐ原理を発見するため、高変異性大腸菌を植え継ぎ実験によって、増殖能力を低下させ、変異に対して頑強なゲノムの形成過程を明らかとすることである。変異の多くは生物の生存に有害な作用を及ぼすことがこれまでの研究で明らかとなっている。しかしながら、変異に対する対抗手段については未知な部分が多い。変異に対して頑強なゲノム配列の特徴や設計指針を理解できれば、有害な作用を防ぐことが可能になると期待される。そのために、本研究では、増殖速度に対して強い選択が掛かる環境下でかつ高い変異率で大腸菌を培養し、そのゲノムの進化を追跡することを確認した。増殖速度に対して選択が掛かりにくい環境下で継代培養した大腸菌に比べ、数千個の変異が蓄積しても増殖速度が低下しないことが分かった。得られた変異を解析した結果、複数の独立進化系列において、変異が集中して蓄積する遺伝子群を同定した。これらの遺伝子群はストレス応答に関わるものであり、変異に対する頑強性に密接に寄与する可能性が高いことが分かった。また、有害変異の蓄積によってもたらされる増殖低下だけでなく、変異率が高くなることに付随するなんらかの作用にって、増殖低下が引き起こされることを突き止めた。後者に対する耐性は、長期間の継代を経てもほとんど進化しないことが分かった。以上の実験証拠から、変異に対して頑強なゲノムの設計には、少なくとも二つの異なる有害作用に対するメンテナンスが必要になると推察された。さらに変異を解析した結果、変異は与えられた任意の塩基配列に完全にランダムに生じるのではなく、少なくとも2～3塩基で構成される特定の塩基配列のモチーフに変異が生じやすいことが分かった。これらの発見は、生じた変異に頑強なだけでなく、変異そのものが生じにくいゲノムを設計する上で重要な基礎的知見であると考えられる。
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