ゲノム編集技術が拓く遠赤色光をも利用できる特異な非モデル藍藻研究の新展開

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K05389
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 土屋 徹 京都大学, 人間・環境学研究科, 准教授 (20362569)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: シアノバクテリア / クロロフィルd / 光合成 / 遠赤色光 / ゲノム編集

Outline of Annual Research Achievements

昨年度に成功したAcaryochloris marinaでのゲノム編集について、さらに研究を進めた。これまでに、多くのバクテリアで保持されることが知られている広宿主域プラスミド由来のベクターを用いて、ヌクレアーゼであるCpf1（Cas12a）タンパク質の遺伝子、Cpf1を標的配列に導くcrRNAの発現カセットおよび相同組換えの鋳型となるホモロジーアームを導入することで、A. marinaのゲノム編集に成功していた。しかし、標的遺伝子を変えてもゲノム編集が可能かどうかを試す必要があったため、新たに複数の光合成関連遺伝子を標的として実験を進めた。その結果、昨年度に成功した遺伝子以外でもゲノム編集が可能であることが判明した。また、従前より開発を続けてきたA. marinaでのCRISPR干渉についても進展があった。これまでに、モデルシアノバクテリアであるSynechocystis sp. PCC 6803を対象として、複数の遺伝子の発現を同時に抑制可能なCRISPR干渉に用いるベクターを開発してきた。そのベクターを利用して、A. marinaのアンテナタンパク質であるフィコシアニンの遺伝子を標的としたCRISPR干渉を試みた。その結果、フィコシアニンの含量が低下した株を得ることに成功した。これらの技術は、まだ改善の余地を残してはいるものの、本研究成果よりA. marinaでゲノム編集とCRISPR干渉が可能であることが実証できたといえる。破壊ができない遺伝子の機能解析ではCRISPR干渉が有効であると考えられるので、ゲノム編集による遺伝子破壊とあわせて、A. marinaの逆遺伝学的解析手法がようやく確立できたといえる。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度は、Acaryochloris marinaでのCRISPR干渉に成功したという大きな進展が見られた。これまでに、いわゆる「モデル生物」とされるいくつかのシアノバクテリアでは、CRISPR干渉による遺伝子発現抑制の報告があったが、A. marinaのような非モデルシアノバクテリアについては成功例は無かった。昨年度開発に成功したゲノム編集技術とあわせて、次年度は網羅的にA. marinaの逆遺伝学的解析を進めることが可能になったといえる。
以上を鑑みて、現在までの達成度は「おおむね順調に進展している」とした。

Strategy for Future Research Activity

今後の研究では、これまでに開発に成功したA. marinaでのゲノム編集やCRISPR干渉を駆使した研究に注力する。具体的には、光合成関連遺伝子を標的とした逆遺伝学的解析をおこない、その機能の解明を目指す。また、CRISPR干渉については、標的遺伝子に応じた発現抑制の制御を至適化するための条件検討も、あわせて進める。

Causes of Carryover

本年度は、新型コロナウイルスの影響による研究活動の低下が著しかった。その結果、当初の計画から進展が遅れてしまったため、未使用額が生じることになった。