2019 Fiscal Year Annual Research Report
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19H03215
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
イン ベイウェン 筑波大学, 生命環境系, 准教授 (90422401)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 細胞増殖 / ゲノム縮小 / 遺伝子発現 / 実験進化 / 周期性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度は、下記の当初の計画項目について研究を進めた。
①ゲノム縮小による発現周期のずれの検証
数種のゲノム縮小株と野生株の遺伝子発現量を測定した。先行研究で確立された手法を用いて、培養、集菌、RNA精製など一連の実験操作を行い、グラム陰性菌用RNAseqを行った。得られた発現データにフーリエ変換を適用した周期性解析を試みた。ゲノム縮小によって遺伝子発現の周期（波長）が野生型の発現周期からずれるのかを確認したところ、想定外にある決まった発現周期が見出された。そのため、パブリックデータベースGEOから、増殖プロファイル付きの大腸菌トランスクリプトームデータ（計213個）を集め、遺伝子発現のゲノム周期性解析を行った。これは当初の研究計画にない研究内容であったが、遺伝子発現のグローバルパラメーラーを新規に発見し、当初の想定と異なる増殖速度と発現周期の相関関係を導いた（Nagai et al, in preparation）。
②増殖速度の回復に伴う発現周期の回復
ゲノム縮小株の増殖速度の回復に伴って発現周期が回復するのかを検証するために、ゲノム縮小大腸菌に対する実験進化を行った。先行研究で確立された植え継ぎ方法を用いて、野生株と数種類のゲノム縮小大腸菌株に対し、それぞれ一系列で約1000世代の植え継ぎ培養を行った。その結果、予想通りにゲノム縮小株の増殖速度が回復され、最もゲノムの小さい縮小株が最も上昇率が高いことが検証された。また、ゲノム縮小と増殖速度に関する情報まとめ（Kurokawa, Ying, 2019）や大腸菌増殖の解析手法に関する多方面の検討を行った（Ashino et al, 2019; Cao et al, 2020）。これらの成果は2020年度以降の成果まとめに大いに寄与する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
前述通り、全体的に実験と解析がほぼ予定通りに進んでいる。
ただ、想定外の発見（解析結果）があったため、当初の計画にない研究内容が追加された。そのために研究計画の時間割（スケジュール）を変更し、当初の計画以上に実験と解析を推進させることができた。
今年度のさらなる前進を目指している。最終的に、研究成果が増えることを期待している。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度の成果を踏まえて、今年度は下記通りに研究を進める予定である（当初の計画からの変更箇所がある）。
① ゲノム縮小による発現周期のずれ：すべてのゲノム縮小株の遺伝子発現量を測定する。昨年度ではゲノム縮小大腸菌の一部に対し、RNAseqを行ったが、想定外の発見があった。そのため、2020年度は、全株に対しトランスクリプトーム解析を行い、ゲノム縮小による遺伝子発現の特徴的パターン とゲノム周期性を調べる。さらに、追加項目として、すでに公開されている遺伝子発現データに対しもトランスクリプトーム解析を行い 、遺伝子発現のゲノム周期性に普遍性があるのかを検証する。
② 増殖速度の回復に伴う発現周期の回復：ゲノム縮小大腸菌に対する実験進化を行い、低下した増殖速度を回復させる。昨年度では、テスト実験を行い、網羅的に実施する手法を確定 した。2020年度は、全ゲノム縮小大腸菌株に対して、実験進化を行い、増殖速度の上昇率がゲノム縮小 の長さに相関するのかを検証する。
③ 増殖速度と発現周期の同調回復に寄与するゲノム変異：進化前後の大腸菌に対するゲノムリシーケンシングを行い、増殖速度の回復に伴うゲノム 変異を同定する。本項目は2020年度ではなく、最終年度に実施する予定である。
④ 遺伝子発現の周期に繋ぐ遺伝子適応度の周期：遺伝子発現が増殖速度に相関することが先行研究で見出されているため、遺伝子発現のゲノム周期性が増殖速度にも反映されると予測する。 その予測を遺伝子ごとの適応度を評価することにより検証する。2020年度は、単一遺伝子欠損株（必須遺伝子を除いた約3900種類、Keio Colle ction）の増殖速度を測定する。これは2021年度以降に実施する予定だが、実験が進んだため、前倒しに今年度に行うことを計画している。
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Research Products
(7 results)
