2021 Fiscal Year Annual Research Report
Analysis of mutant strains of a cyanobacteria Syenchococcus which have adapted to high temperature conditions.
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18K05416
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
兼崎 友 静岡大学, グリーン科学技術研究所, 特任助教 (70380293)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 高温ストレス / 適応進化 / シアノバクテリア / 突然変異 / リシーケンス解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水平伝搬による外来遺伝子の獲得を伴わず自然突然変異のみという条件で、バクテリアが自らの生育限界を超えた環境条件に適応進化するためには、どれほどの時間と変異の蓄積が必要なのかという命題は、生物進化を理解する上での根源的な疑問の１つである。このような研究は様々な技術的制約や時間的制約のため実施するのが極めて困難であったが、ゲノム解読技術の発展により実験室レベルでの適応進化研究へが急速に進んできている。常温・淡水性のシアノバクテリアSynechococcus elongatus PCC 7942はゲノム情報既知で遺伝子組換えも可能なモデルシアノバクテリアであるが、生育上限温度である43℃以上の温度では細胞は分裂異常によりフィラメント状になり細胞増殖は抑制される。我々はこのシアノバクテリアを研究材料に長期間の高温培養による適応進化実験を継続しており、生育限界温度を超えた適応進化株の作出を進めている。
連続高温培養は通算して8年を超えた。7年目時点の細胞からゲノムDNAを単離してNGSによるリシーケンス解析を実施した結果、さらなる累積的な突然変異の蓄積を確認できた。生育上限温度について、培養初期に劇的な生育限界温度の上昇が見られ、その後実験開始後5～6年付近では安定していたが、7年目付近からまた緩やかな上昇が観察されている。集団内で固定化される新規突然変異の数は着実に増え続けており、フィットネスの向上が進んでいる可能性が示唆されている。適応進化株において至適生育温度のトレードオフが起きたかどうかについて検証実験をおこない再現性のある結果を得た。変異遺伝子の機能解析については、遺伝子破壊株を用いた解析により2つの遺伝子の関与が大きいことを見出したが、多重変異株では生育が安定しないなどの新たな課題が明らかになった。これについては別のコンストラクトを用いた系での解析を進めている。
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