2017 Fiscal Year Research-status Report
網羅的ゲノム比較解析による共生的窒素固定系の起源と進化原理の解明
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17K07509
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
青木 誠志郎 東京大学, 大学院理学系研究科, 特任研究員 (10334301)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 元己 東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (00193524)
岩崎 渉 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (50545019)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 分子進化 / 共生 / 遺伝子水平移行 / 収斂進化 / 根粒 / 窒素固定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
バクテリアと植物による共生的窒素固定は、多様な分類群における組合せが知られている。例えば科を超える分類群での組み合わせ（例：バラ科-フランキアやマメ科-根粒菌）もあれば、属以下での組み合わせ（例：ソラマメ属-Rhizobium leguminosarum bv. viciaやシャジクソウ属-R. leguminosarum bv. trifolii）も存在する。これらの共生の組み合わせが独立に進化したのか、それとも共通共生遺伝子ネットワークを利用して生まれたのかを解析することで、(1)新規共生遺伝子の発見、(2)共生の起源と進化の解明、(3)効率的な窒素利用の研究ができないかと考えた。これらの目標のため、1.全バクテリアの網羅的ゲノム比較解析、2.共生遺伝子ネットワークの推定、3.共生機能の実証実験、4.大規模進化解析を行なっている。本年度はこのうち1のゲノム比較のため、NCBIのRefSeq全バクテリアを用いた本研究のためのデータベースの構築を行い、4の進化解析のため、既知の共生遺伝子について全バクテリアによる大規模系統解析を行った。我々は既にマメ科共生菌の起源がβプロテオバクテリアに発する可能性について発表しているが、全植物を視野に入れた共生的バクテリア窒素固定の共通祖先と共生遺伝子の解析のため、さらに広い生物群を含めその起源の解析を行った。また、根粒菌の共生遺伝子をモデルとした大規模系統解析を行ったところ、ある単一の遺伝子に(i)複数回の起源を伴う平行進化、(ii)遺伝子水平伝播、(iii)gene conversion、(iv)方向性の決まった分子進化加速、(v)共生遺伝子群のco-localization、(vi)遺伝子クラスターの収斂進化といった様々な現象が観察されることがわかった。現在、１つの共生遺伝子への多様な進化現象として論文を執筆中である。
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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
生物情報学的な研究手法を用いた、本研究ための全バクテリアを用いたデータベースの構築を行い、このデータベースを元に、比較ゲノム解析を行っている。当初に予期しなかった新たな分子進化現象が発見された点で、進展が見られたと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
2017年度はバクテリア全ゲノムを用い、本研究のためのデータベース構築の基礎を作った。また、大規模系統解析のための解析フォーマーットを作り新たな進化現象を発見できたと考えている。その他の共生遺伝子の分子進化について解析を行うと共にその起源について解析する予定である。また本年度はこれまでに見つかった現象について、論文投稿する。
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| Causes of Carryover |
配列の情報量が少ない根粒菌の分類群について、ゲノム解析を行う必要ができたため。この必要のために、いくつかの根粒菌についてPacBioによるシークエンス解析を行う計画である。また,感染実験のための実験機材の購入を行う予定である。
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Research Products
(5 results)
