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2023 Fiscal Year Research-status Report

単細胞真核生物を題材とした真核生物-原核生物間水平伝播遺伝子の進化過程解明

Research Project

Project/Area Number 22K19342
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

本郷 裕一  東京工業大学, 生命理工学院, 教授 (90392117)

Project Period (FY) 2022-06-30 – 2025-03-31
Keywords細胞内共生細菌 / 寄生 / ゲノム進化 / 原生生物 / メタゲノム
Outline of Annual Research Achievements

本研究課題は、単細胞真核生物(原生生物)と原核生物(細菌・アーキア)間で水平伝播した遺伝子の進化過程解明を目的としている。具体的には、シロアリ腸内原生生物の核ゲノム配列と、同原生生物に特異的に細胞内共生する原核生物のゲノム配列を取得し、互いに水平伝播した遺伝子/ゲノム領域を特定し、水平伝播後の進化過程を推定するものである。シロアリ腸内原生生物には宿主種に特異的かつ多様な系統群の細菌が細胞内共生しており、こうした研究課題の材料としては最適と考えている。
2023年度は、2022年度に引き続き、多様な細菌系統群の複数種の原生生物細胞内共生細菌ゲノム配列を再構築した。特に本課題で焦点を当てている細菌系統群の一つであるクロストリディア綱の複数種の完全長ゲノム配列取得に成功し、そのゲノム中に多数の真核生物由来と考えられる遺伝子が存在することを見出した。これら遺伝子の分子系統解析を実施したところ、半数ほどは宿主原生生物種あるいはその近縁系統群の遺伝子に最も近縁であり、宿主原生生物から水平伝播で獲得した可能性が極めて高い。また、それら共生細菌種だけではなく、データベース上にある近縁な細菌ゲノム配列を解析しても同様の結果であった。つまり、この細菌系統群の進化戦略として、宿主真核生物の遺伝子を取得して宿主細胞の防御機構等を操作する可能性がある。ただ、今のところ、宿主原生生物からの遺伝子水平伝播過程が辿れるほどに原型を留めた状態での遺伝子は見つけられていない。本成果は、微生物生態学分野のトップ雑誌であるThe ISME Journalに2023年11月に掲載された。今後は、さらに宿主原生生物ドラフトゲノム配列の解析を進め、比較作業を行っていく。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

2023年度は、原生生物細胞内共生細菌複数種に宿主原生生物由来配列が存在し、それが共生関係構築に進化上必要であったのではないか、という考察を含む論文を掲載することができ、一定の成果を形にできた。そこに注力した結果、原生生物ゲノム解析の方はやや遅れているが、全体としては概ね順調といえる。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、多様な原生生物細胞共生細菌ゲノム配列を再構築して解析中である。2024年度も共生細菌・宿主原生生物双方のゲノム解析と水平伝播箇所の比較を進めていくが、原生生物のゲノム解析の方にさらに注力する必要がある。全体としては概ね計画に変更はない。

Causes of Carryover

2023年度は、前年度に引き続き、これまでに取得済みであった多くの原生生物細胞共生細菌叢メタゲノムサンプルの再解析により、多種多様な細胞内共生細菌の完全長配列再構築に成功あるいは成功しつつあった。それらの解析に専念していたため、次世代シーケンサーを用いた新規解析が不要となった。その分は2024年度の真核生物ゲノム配列の拡充と、完全長取得が可能と思われる共生細菌ゲノムのナノポアMinIONロングリードを追加取得する費用に充てる。また、追加での実験材料のサンプリングと対面実施の学会への出張旅費に充てたい。

  • Research Products

    (8 results)

All 2023

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (7 results)

  • [Journal Article] Emergence of putative energy parasites within Clostridia revealed by genome analysis of a novel endosymbiotic clade.2023

    • Author(s)
      Takahashi K. , Kuwahara H., Horikawa Y., Izawa K., Kato D., Inagaki T., Yuki M., Ohkuma M., Hongoh Y.
    • Journal Title

      The ISME Journal

      Volume: 17 Pages: 1895-1906

    • DOI

      10.1038/s41396-023-01502-0

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 細胞内寄生性クロストリディア綱細菌の発見と寄生体進化プロセスの解明2023

    • Author(s)
      高橋一樹, 桑原宏和, 堀川雄太郎, 伊澤和輝, 加藤大貴, 稲垣辰哉, 雪真弘, 大熊盛也, 本郷裕一
    • Organizer
      日本進化学会第25回大会
  • [Presentation] 細胞内寄生性クロストリディア綱細菌の発見と寄生体進化プロセスの解明2023

    • Author(s)
      高橋一樹, 桑原宏和, 堀川雄太郎, 伊澤和輝, 加藤大貴, 稲垣辰哉, 雪真弘, 大熊盛也, 本郷裕一
    • Organizer
      第21回微生物研究会「生物の進化、その産業応用」
  • [Presentation] シロアリ腸内原生生物細胞内共生メタン菌の生態とゲノム解析2023

    • Author(s)
      金子真之, 大森樹生, 猪飼桂, 間渕貴子, 西原亜理沙, 木原久美子, 吉村剛, 大熊盛也, 本郷裕一
    • Organizer
      日本共生生物学会第7回大会
  • [Presentation] Discovery and evolution of obligately-intracellular parasites belonging to the class Clostridia2023

    • Author(s)
      Kazuki Takahashi, Hirokazu Kuwahara, Yutaro Horikawa, Kazuki Izawa, Tatsuya Inagaki, Masahiro Yuki, Moriya Ohkuma, Yuichi Hongoh
    • Organizer
      日本微生物生態学会第36回大会
  • [Presentation] Ecology and physiology of endonuclear alphaproteobacterial symbionts (order Holosporales) infecting termite gut protists2023

    • Author(s)
      Kong Suet Kei, Katsura Igai, Kazuki Takahashi, Satoshi Murooka, Hirokazu Kuwahara, Tomoyuki Sato, Moriya Ohkuma, Yuichi Hongoh
    • Organizer
      日本微生物生態学会第36回大会
  • [Presentation] シロアリ腸内原生生物細胞共生Mycoplasmatota門細菌の生態とゲノム解析2023

    • Author(s)
      杉山奈緒、高橋一樹、関謙二郎、堀川雄太郎、佐藤朋之、桑原 宏和、村上匠、大熊盛也、本郷裕一
    • Organizer
      日本微生物生態学会第36回大会
  • [Presentation] シロアリ腸内原生生物に細胞内共生するPlanctomycetota門細菌の発見とゲノム解析2023

    • Author(s)
      大須賀奨、高橋一樹、猪飼桂、雪真弘、清水美智留、桑原宏和、村上匠、大熊盛也、本郷裕一
    • Organizer
      日本微生物生態学会第36回大会

URL: 

Published: 2024-12-25  

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