2019 Fiscal Year Research-status Report

G+C含量の異なる16S rRNA遺伝子をもつ好塩性アーキアの温度適応メカニズム

Research Project

Project/Area Number	17K19346
Research Institution	Shizuoka University
Principal Investigator	木村浩之静岡大学, グリーン科学技術研究所, 教授 (30377717)
Project Period (FY)	2017-06-30 – 2021-03-31
Keywords	温度適応 / 微生物 / 好塩菌 / リボソームRNA / G+C含量 / 生育温度 / トランスクリプトーム解析
Outline of Annual Research Achievements	昼夜で激しく温度変動が起こる砂漠の塩湖などに生息する好塩性アーキア（Haloarcula属の菌株）は、ゲノム上に塩基配列が異なり、且つ、グアニンとシトシンの割合（G+C含量）の異なる複数種の16S rRNA遺伝子をもつ。しかしながら、異なるG+C含量の16S rRNA遺伝子をゲノム上に保持する生理学的及び生態学的意義や重要性については明らかにされていない。これまで、原核生物の16S rRNA遺伝子のG+C含量とそれらの生育温度は非常に高い相関を示すことが報告されてきた。本研究課題では、好塩性アーキアは昼間の高温時には耐熱性を有する高いG+C含量の16S rRNAを含むリボソームを機能させ、夜から早朝にかけての低温時には転写効率のよい低いG+C含量の16S rRNAを含むリボソームを機能させるという仮説を立て、これを検証した。そして、激しく温度が変化する極限環境に適応したアーキアが有する温度適応メカニズムを解明することを目的とした。 2019年度は、好塩性アーキアの野生株および各種リボソームRNA遺伝子を欠損させた変異株を幅広い温度で培養した。次に、増殖したそれぞれの野生株及び変異株から全RNAを抽出し、その後、cDNAを合成した。次に、次世代シーケンサーを用いて網羅的にcDNAの塩基配列を決定した。そして、遺伝子解析用サーバーを用いて塩基配列が決定されたシーケンスの同定を行った。その結果、G+C含量の異なるリボソームRNA遺伝子の発現量及びリボソームRNAオペロンの転写制御に関わる遺伝子群の発現量が有意に変化する結果が示された。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 2019年度は、好塩性アーキア（Haloarcula属の菌株）の野生株および各種リボソームRNA遺伝子を欠損させた変異株を幅広い温度で培養した。その後、増殖したそれぞれの野生株及び変異株から全RNAを抽出し、cDNAを合成したのち、次世代シーケンサーを用いて網羅的にcDNAの塩基配列を決定した。その結果、G+C含量の異なるリボソームRNA遺伝子の発現量及びリボソームRNAオペロンの転写制御に関与するいくつかの遺伝子群の発現量が、野生株と遺伝子変異株の間で有意に異なることが明らかとなった。一方、ゲノム上の全遺伝子の発現量の解析には至っていない。以上のことから、本研究課題は、やや遅れていると言える。
Strategy for Future Research Activity	2020年度は、低温と高温の培養条件下で好塩性アーキアをそれぞれ培養し、発現した全RNAを網羅的に解析する。そして、全ての遺伝子の発現レベルにて更なる解析を進める。大量シーケンス解析用サーバーを用いて、ゲノム上の全遺伝子の同定、リード数のカウントを行い、低温と高温にて培養した各サンプルの遺伝子発現パターンを比較する。また、研究成果を論文にまとめて国際学術雑誌に投稿する。さらに、一般向け科学雑誌や国内外の微生物関連学会を通じて研究成果を発信する。
Causes of Carryover	2019年度は好塩性アーキアのcDNAの解析を実施したが、全遺伝子の解析が完了するに至らなかった。2020年度においては、残りの遺伝子解析を実施する計画であり、網羅的な遺伝子解析のための費用として使用する計画である。