新規サンゴ共生藻遺伝子操作技術の確立と共生関連遺伝子の機能解析

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K15871
• Research Institution: Miyagi University of Education
• Principal Investigator: 石井 悠 宮城教育大学, 高度教職実践専攻, 研究員 (40770813)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 褐虫藻 / 共生 / 遺伝子導入

Outline of Annual Research Achievements

単細胞藻類である褐虫藻は、サンゴやイソギンチ ャクなどの刺胞動物と細胞内共生し、この共生関係は環境変動により変化する。この可塑的な共生関係は異なる生物間で共生性が進化するメカニズムの解明のモデルとなるが、褐虫藻・宿主共に遺伝子操作技術が確立されていないことからその分子メカニズムは解明されていない。褐虫藻の遺伝子導入法は過去に複数のグループから報告があるが、実験の再現性が得られていないこと、遺伝子導入した細胞が増殖できないことなどから遺伝子の機能解析まで至っていない。そこで本研究では、再現性が高い褐虫藻の遺伝子ノックアウト法と遺伝子ノックダウン法の確立を目指している。
遺伝子ノックアウトおよびノックダウンに用いる遺伝子配列情報を得るため、褐虫藻のゲノムシーケンスを新学術領域研究「学術研究支援基盤形成」の「先進ゲノム支援」の課題として実施していただいた。今年度は得られたデータからゲノム配列の構築を行った。その結果、クオリティの高い配列を得ることができた。構築したゲノム配列を用いて、オフターゲットを考慮した、遺伝子操作配列を選択することができることを確認し、実施した。さらに、昨年度に引き続き、NEPAによる遺伝子導入による遺伝子操作個体の作出を行なうことで、遺伝子ノックアウト個体スクリーニング実験系を完成させた。これにより、これまでに多くの形質転換候補株を得た。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

これまでに本計画で用いている褐虫藻株のゲノム配列は読まれていないことから、遺伝子操作に用いる配列は近縁種のゲノム配列と用いている種のトランスクリプトーム配列を元に作成していた。しかし、イントロンや遺伝子間配列の情報がなかったことから、オフターゲットを考慮した配列の使用や、対象配列がイントロンで分断されないかを確認することができなかった。そこで、新学術領域研究「学術研究支援基盤形成」の「先進ゲノム支援」の課題として、ゲノム配列の構築を試みた。その結果、クオリティの高い配列を得ることができ、上記問題を解決することができた。さらに、構築したゲノム配列を用いて、遺伝子ノックアウト個体スクリーニング実験系を完成させた。しかし、共生に関連すると予想される遺伝子の機能解析には至っていない。

Strategy for Future Research Activity

２年目に作成した遺伝子ノックアウト個体の成功の可否を確認する。さらに褐虫藻の共生に関わると予想される遺伝子の遺伝子操作個体を作成し、共生モデル生物の刺胞動物であるセイタカイソギンチャクとの共生実験による遺伝子機能解析を行う。これにより、刺胞動物と褐虫藻の共生の分子メカニズムを解明する。

Causes of Carryover

実際に解析に用いている褐虫藻株のゲノム情報が得られることが理想的であったが、技術的な理由から、当初計画では近縁種のゲノムを用いる予定であった。しかし１年目に、実際に用いている褐虫藻株のゲノム解読を先進ゲノム支援の課題として採択していただくことが出来たため、２年目はシーケンスデータからゲノム配列を構築する必要が生じた。そのため研究計画を見直し２年目はゲノム配列の構築と、構築ゲノムを当計画で使用可能かを検証することにした。ノックアウト個体の作成の一部を次年度に延期したため次年度使用額が生じた。次年度使用額は遺伝子ノックアウト個体の作成に必要な試薬の購入に使用する。