2017 Fiscal Year Annual Research Report
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17H01854
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
瀬川 高弘 山梨大学, 大学院総合研究部, 助教 (90425835)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森 宙史 国立遺伝学研究所, 生命情報研究センター, 助教 (40610837)
米澤 隆弘 (財)進化生物学研究所, その他部局等, 客員研究員 (90508566)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 環境変動 / 微生物 / アイスコア / メタゲノム / ゲノム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，アイスコアに保存されている過去の微生物のメタゲノムデータから系統組成や機能遺伝子の組成を解析することで，当時の微生物群集やその機能の再構成を目指す．アイスコア中に含まれる微生物量は少なく，また試料年代が古くDNAが断片化しているために，アイスコアに含まれる微量DNAを解読する技術の開発やゲノム配列取得をおこなった．とりわけコンタミネーションを抑えた高収率でのDNA抽出手法やDNAライブラリー構築など先端手法のプロトコールの確立を重点的におこなった．また，アイスコアメタゲノムのデータの大規模並列計算をおこなうために，断片化された配列データからでも各断片の由来する系統やそれらがコードする遺伝子の機能を推定できるメタゲノム解析パイプラインの構築をおこなった．上記の手法を用いて，6000年前および7000年前のアイスコア試料から，無菌的にDNAを抽出し，メタゲノムDNAライブラリー構築し，次世代シークエンサーによるゲノム配列の取得をおこなった．微生物群集のDNAをシーケンスして得られた大規模な配列データを用いて，構築した解析パイプラインを用いてサンプルごとの系統組成と遺伝子機能組成などのメタゲノム解析を実地した．また，抽出した系統や遺伝子機能が，コンタミネーションではなく古代の配列由来であるかを確認するための検定法を考案し, 検証をおこなった．さらにアイスコアから検出されたシアノバクテリアの塩基配列データに基づき，遺伝的多様性と遺伝的分化度の経時的な変化の推定をおこなった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
試料年代が古いアイスコア中に含まれるDNAは微量であり，また断片化しているため，コンタミネーションを抑えた高収率でのDNA抽出手法の確立し，古代試料からのDNAライブラリー構築に最適化されたプロトコールの確立に成功した．こうした新技術の開発により従来の問題点を解決することができ，その結果，今まで情報のなかった古い試料年代のサンプルから信頼性の高いゲノムデータを得ることができた．大規模データのバイオインフォマティクス解析も計画通り進み，シーケンスして得られたDNAデータから微生物群集構造について明らかにすることができたことは，研究目的に沿った成果であるといえる．また，これまで未知であった微生物群集組成と環境変動との関連についての情報が得られつつある．
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| Strategy for Future Research Activity |
微生物群集の進化史を時系列的に明らかにするため，様々な年代からサンプル数を増やした試料に対して，遺伝子解析用アイスコア融解装置を用いて，クリーンルーム内にて氷試料内部のみを無菌的に採取する．同位体およびイオン分析を実地する．昨年度開発した古代試料からのDNA抽出手法やDNAライブラリー構築手法によりゲノム増幅を実地し，ゲノム配列の取得をおこなう．アイスコア由来の微生物群集のDNAをシーケンスして得られた配列データについて，昨年度開発した，断片化された配列データからでも各断片の由来した系統や遺伝子の機能を推定できるメタゲノム解析パイプラインを用いて，メタゲノムサンプルごとの系統組成と遺伝子機能組成，さらには系統ごとに所持する遺伝子機能を推定し，各サンプルの微生物群集の概要を明らかにする．また，コンタミネーションの可能性を検証するため，断片化の度合いによって推定される系統組成が異なるか否かを解析する．さらに，集団動態学的解析もおこなう予定である．
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