2021 Fiscal Year Annual Research Report
Virus-driven clockwork in lower tropic level marine ecosystem and its impact on the ocean
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21H05057
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
吉田 天士 京都大学, 農学研究科, 教授 (80305490)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長崎 慶三 高知大学, 教育研究部自然科学系理工学部門, 教授 (00222175)
緒方 博之 京都大学, 化学研究所, 教授 (70291432)
神川 龍馬 京都大学, 農学研究科, 准教授 (40627634)
山本 圭吾 地方独立行政法人大阪府立環境農林水産総合研究所(環境研究部、食と農の研究部及び水産研究部), その他部局等, 主幹研究員 (80503937)
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| Project Period (FY) |
2021-07-05 – 2026-03-31
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| Keywords | 海洋ウイルス / 海洋微生物 / 微細藻類 / オミックス解析 / 海洋低次生態系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
海洋において光合成微生物へのウイルス感染に日周性を見出した。そこで、娘ウイルス放出に伴って漏出される光合成産物（=有機物）を起点として、海洋低次生態系全体へ及ぶ日周性をはじめとする周期性をオミックス解析により検出し、その分子機構を解明する。本年度の研究成果は、以下の通りである。
1)大阪湾口部・採水地点における原核生物優占種の60個のゲノムを構築した。季節変動による調査から、宿主原核生物の増加に伴いウイルスが増加し、宿主動態へ影響することが示された。また、地点間が10㎞離れるとウイルス群集組成は異なりウイルス‐原核生物相互作用が局所的に生じていることを示し学術誌に投稿した。
2)１）で構築したゲノムを用い包括的転写動態解析によりウイルス‐微生物相互作用の日周性を調査した。シアノバクテリア一種に対し複数の異なるウイルス種が感染し、いずれも日中に感染が進行することが示された。また、古細菌における遺伝子発現の日内変動を確認した。
3)藻類内容物を添加したミクロコズム実験において、ウイルス群集の変動を観察した。また本系より藻類貯蔵多糖ラミナリン分解能を有する細菌の分離に成功した。高知県浦ノ内湾より、ヘテロシグマ46株およびHaV21株をそれぞれクローン培養として確立した。
4)その他、次年度に向けた予備的な成果として次のことを達成した。大阪湾に優占する名の緑藻の分離と全球的分布が知られるラピ藻の無菌培養株の樹立に成功した。 ハイパースペクトルカメラを用いヘテロシグマのウイルス被感染細胞において光合成色素と一致する領域の変化を見出した。また、予備的に深層水の細菌叢を明らかにした。加えて、環境DNAに対するロングリードシーケンス技術の性能評価を行いメタゲノム解析にも応用できる可能性が高いことが分かった。さらにウイルス日周性の観測に合わせカタクチイワシシラスの耳石日周輪解析を実施した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
周年的な微生物群集の変化に追随してウイルス群集が変化することを初めて明らかにした。また、ロングリード解析にめどが立ったことにより海洋微生物のゲノム情報の精度が向上し、日周変動の解析に着手することができた。培養実験系において周期性をとらえる準備段階として、メソコズム系におけるウイルス群集変化の検出、大阪湾に優占するピコ緑藻の分離、新規なラピ藻の無菌培養株の樹立およびウイルスに感染した藻類細胞の検出を達成した。一部の成果は論文としてまとめ投稿したが、昨年度中に受理までに至らず上記の評価とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き優占微生物の高品質なゲノム情報を取得しデータベースを拡充させ、高時間解像度のメタトランスクリプトームデータと組み合わせ、微生物‐ウイルス相互作用の周期性を検出する。ウイルス感染細胞における代謝産物の変化と、これを添加したメソコズム実験を行い、ウイルス感染が周囲の菌叢に与える影響を明らかにする。また、真核微生物の日周性評価のために、新たにオルガネラゲノム解析と発現解析を追加する。表層日周性の深層水および稚魚成長度への波及効果を調べる予備段階として、深層水の微生物・ウイルス多様性評価と値仔魚成長度調査を開始する。具体的なテーマを次に示す。
１）低次生態系の代謝・感染の日周動態の解明：低濃度DNAプロトコルによってPacBioシーケンス（外注）により、微生物・ウイルスのゲノムデータベースを拡充する。真核生物オルガネラゲノムを構築し、真核生物の高解像度なオルガネラ遺伝子（呼吸・光合成）の発現動態による新規な真核生物の活性評価法を確立する。新規大阪湾優占緑藻の発現日周性解析を行う。
２）メソコズム実験による日周をもたらす分子機構（時計仕掛け）の解明：ヘテロシグマ-ウイルス感染培養系、ラピ藻および珪藻単藻培養系を用い、高時間解像度トランスクリプトーム解析を行う。まず、オルガネラ遺伝子の発現変化の日周性を解析し、培養系での夜間暗黒・微光下での遺伝子発現レベルを比較解明する。海洋表層優占微生物が保有する好気的COデヒドロゲナーゼに着目し、CO酸化微生物分離とその多様性解明を行う。
３）概日周期性の魚類稚仔魚成長および深層低次生態系への影響解明：時系列でカタクチ稚魚を採取し、耳石成長により孵化日を特定しカタクチ稚魚の成長度を測定する。同時に微生物・ウイルス群集を解析し、その類似度と稚魚の成長度を観察する。
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