2023 Fiscal Year Annual Research Report
Life cycle of hyperthermophilic filamentous phage reveal to horizontal gene transfer and evolution in extreme environment
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20H02903
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
土居 克実 九州大学, 農学研究院, 教授 (40253520)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田代 康介 九州大学, 農学研究院, 准教授 (00192170)
廣政 恭明 九州大学, 農学研究院, 准教授 (40291934)
岩本 武夫 東京慈恵会医科大学, 医学部, 非常勤講師 (90568891)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | Thermus thermophiles / 繊維状ファージ / トランスポゼース / Insertion Sequence / IS110ファミリー / DEDDモチーフ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
長崎県の小浜温泉熱水から、Thermus thermophilus HB8を指示菌として単離した好熱性繊維状ファージΦOH3及びΦOH16について、その性状とゲノム構造を検討してきた。ΦOH16のゲノムは、ΦOH3ゲノムと相同性が高いが、ΦOH16ゲノム上にのみ、トランスポゼース(Tnp)をコードする遺伝子が座乗していた。また、複数のThermus属細菌のゲノム上には、ΦOH16のホモログ遺伝子の存在が確認されたことから、ΦOH16が有する推定Tnpがファージの溶原化に関与する可能性が示唆された。ΦOH16推定Tnpは、Insertion Sequence(IS)の中でもIS3、IS30、IS110ファミリーに属するTnpを用いるの機構を利用した溶原化に寄与しているのではないかという予測を立て、この機能を明らかにすることにした。
Tnpは、Mobile Genetic Elements (MGE) という可動性のDNA断片の末端に位置する、Inverted Repeat(IR)という配列を認識して結合し、切断および転移機に機能する酵素である。MGEの中でもInsertion Sequence (IS)は、トランスポゼ－ス遺伝子とその機能に必要となるIRのみが座乗しているが、トランスポゾン(Tn)は薬剤耐性遺伝子など、転移に関与しない別の遺伝子も併せて保持するものである。ΦOH16推定TnpがTnまたはISとしての機能を有するのかについて、近縁のTnp遺伝子と比較することにより明らかにすることにした。ΦOH16推定Tnpのアミノ酸配列をターゲット配列としてBLASTp検索した結果、ΦOH16推定TnpはIS110ファミリーに属するTnpと配列相同性を示すことが分かった。IS110ファミリーに属するTnpは、このファミリー特有の酸性アミノ酸Asp、Gluで構成されるDEDDモチーフをN末端側に保持することが明らかになっている。この酵素活性に必須と考えられるDEDDモチーフはΦOH16のTnp遺伝子上でも確認することができた。
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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
ファージと細菌の相互作用は、遺伝子の水平伝播（horizontal gene transfer; HGT）を促進し、宿主細胞の溶解を通じて地球上の物質循環に寄与している。ところが、原始地球に類似した高熱環境における遺伝子の水平伝播に機能すると考えられるサーモファージの研究は少なく、公的データベースでゲノム配列が報告されたものはわずか16種である。
これらの中で、我々は未解明であった好熱性繊維状ファージの溶原化機構をIS3、IS30、IS110ファミリーに属するTnpを用いるものであることを証明できた。この結果について現在論文を作成中であり、これが掲載できれば大きな学問的進歩が得られる。
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| Strategy for Future Research Activity |
IS finder解析によると、IS110ファミリーはIS末端にIRを持たないことが分かっているが、Tnの状態では、末端にIRを持つものも発見されている。ここで、ΦOH16のプロファージも、推定Tnpのほかファージ増殖に関連する遺伝子が座乗したTnであると仮定すると、プロファージの末端にIRを持つ可能性が高いと考えられる。一方で、ΦOH3がΦOH16と比較して推定トランスポゼースのみが欠如していることを踏まえると、本来ファージゲノム全体がTnとして機能していたものの、何らかのきっかけでTnpがISとして機能したことで、この遺伝子が切り出されて残ったファージゲノムがセルフライゲーションすることによってΦOH3が生じた可能性も考えられた。以上のことを踏まえて、ΦOH16が溶原化する際のIR領域を推定するとともに、この領域にTnpが結合するのかをEMSAやDNA foot printigを行うことで調べていく予定である。
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