2023 Fiscal Year Annual Research Report
シアノバクテリアの多細胞性の起源と進化、およびその生物地球化学循環への影響
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21H01197
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
原田 真理子 東京工業大学, 理学院, 研究員 (80833631)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
延 優 (NOBUMASARU・KONISHI) 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 超先鋭研究開発部門(超先鋭研究開発プログラム), 主任研究員 (40805644)
野村 暢彦 筑波大学, 生命環境系, 教授 (60292520)
植田 宏昭 筑波大学, 生命環境系, 教授 (70344869)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2027-03-31
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| Keywords | シアノバクテリア / バイオフィルム / 進化 / 多細胞 / 生物地球化学循環 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、シアノバクテリアのバイオフィルム形成の起源と進化を明らかにし、その地球環境史との相互作用を議論することである。本年度は、昨年度までに収集したシアノバクテリアのバイオフィルム形成に関連する遺伝子群の配列情報、および、100種あまりのシアノバクテリアのゲノムをもとに構築したオープンリーディングフレームのデータベースを用いて、実際に分子系統の解析を行なった。特に、シアノバクテリアのバイオフィルム形成に重要であり、かつ低温耐性に寄与すると考えられる細胞外多糖（exopolysaccharide; EPS）の形成プロセスに着目した。シアノバクテリアの主要なEPS合成系の一つとして知られる細胞外セルロースの合成系について、関連する遺伝子群の分子系統解析を行った。その結果、細胞外セルロース合成系遺伝子は異なる系統群に比較的広範囲に分布することがわかった。細胞外セルロース合成系はシアノバクテリアの進化の比較的初期段階において獲得されていた可能性がある。地球史において全球規模の氷河時代が生じたとされる原生代には、すでにシアノバクテリアの細胞外多糖合成系が存在し、低温への耐性に寄与していたことが示唆される。また、本年度は今後の研究計画の実行に向けて、シアノバクテリアの培養実験を開始した。加えて、最終年度に予定している過去の物質循環変動および気候変動との比較について、使用する生物地球化学循環モデルの構築を行なったほか、現代の気候モデルを過去に適用して行なった計算データの検証を進めている。
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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
シアノバクテリアにおける細胞外セルロース合成系関連遺伝子群の分子系統解析が完了し、これらがシアノバクテリアの進化の比較的初期に誕生したことを示唆する結果が得られた。同様の手法をほかの種類のEPS合成系に展開する準備も整っている。シアノバクテリアの培養実験に用いる材料・装置群については順調に準備が完了し、実験を開始している。さらに、生物地球化学循環モデルや気候モデルについても、モデル構築や計算データの整備が進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
シアノバクテリアの細胞集合体の重要な構成要素である細胞外多糖（exopolysaccharide; EPS）について、複数の異なる合成系に着目し、引き続き解析を行う。それぞれの関連遺伝子群について、シアノバクテリアにおける分布や進化系統を明らかにする分子系統解析を行う。また、それぞれのEPS合成系がシアノバクテリアの細胞集合体の形成やストレス耐性に与える影響について、包括的な文献調査や実験から得られた情報を進化系統と比較し、環境変動との相互作用について議論する。得られた仮説を、生物地球化学モデルや気候モデルを用いて検証する。
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