2014 Fiscal Year Annual Research Report
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24310150
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| Research Institution | 大学共同利用機関法人情報・システム研究機構(新領域融合研究センター及びライフサイ |
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Principal Investigator |
馬場 知哉 大学共同利用機関法人情報・システム研究機構(新領域融合研究センター及びライフサイ, 大学共同利用機関等の部局等, 特任准教授 (00338196)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
阿部 貴志 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (30390628)
松浦 俊一 独立行政法人産業技術総合研究所, コンパクト化学システム研究センター, 主任研究員 (80443224)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 極地 / ゲノム / 進化 / 特殊環境 / 微生物 / 低温 / 環境適応 / 共生 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は大陸移動により地球上で最も過酷な環境（極低温、貧栄養、白夜／極夜の特殊な日照条件など）へと環境変動をした南極大陸上における生物の環境適応や進化、多様性の獲得に関する知見を得ることを目的として、南極湖沼の「コケ坊主」生物圏から構成微生物を多数分離し、それらのゲノム解析に取り組んできたが、今年度はその比較対象として北極の湖沼から分離された微生物との比較ゲノム解析を試みた。北極スピッツベルゲン島の湖沼から分離されたPseudomonas属細菌ArSA株ゲノムの完全配列を決定し、本研究において先にゲノムの完全配列決定がなされたPseudomonas属細菌MP1株（南極株）との比較解析を行うことで、両極における細菌の極域環境への適応メカニズムと進化に関する比較を行った。両株とも、それぞれ北極および南極から分離されたPseudomonas属細菌では世界で最初のゲノム完全配列決定株である。
これまでにゲノムの完全配列決定がなされたPseudomonas属細菌との比較ゲノム解析から、各Pseudomonas属細菌の最適な生育温度とゲノムGC組成には正の相関関係が示されたが、北極株と南極株は、その相関関係からは外れる傾向を示した。北極株と南極株は、それぞれ近縁関係を示すPseudomonas属細菌種を異にするが、それぞれの近縁のPseudomonas属細菌種内で比較した場合、最適な生育温度とゲノムGC組成に強い正の相関関係が示された。すなわち、Pseudomonas属細菌の進化の過程で、初期の環境適応に伴う種分化が生じた後、異なる種に属していたPseudomonas属細菌種の一部が大陸移動により低温化した両極において、それぞれ別個に低温環境への適応進化を遂げ、それがゲノムレベルでの平行進化であったことが示唆された。現在、両極での適応進化について遺伝子レベルでの解析に取り組んでいる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
第53次、第54次の日本の南極観測において２年連続で海氷条件の悪化により南極観測船「しらせ」が昭和基地への接岸の断念を余儀なくされ、それにより南極における採取試料の入手が平成24年度と25年度において予定通りに進まなかったことから、平成26年度にもその影響が及び、新たな南極試料を用いての研究に支障が生じた。さらに、その中で入手できた貴重な試料を用いた解析実験においても、輸送中あるいは保管中の維持条件によると思われる試料の劣化に起因する予想以上のDNA試料の断片化にみまわれ、実験条件の再検討などを要する結果となった。急遽、計画の一部を変更し、南極と北極の両極比較などの対応を行った。その結果、両極比較から予想外の新たな知見が得られたことは大きな研究成果であった。今後は、当初の研究計画に対する遅れの挽回を、これまでの研究成果を基にした着実な研究成果の積み上げにより行っていく方針である。
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| Strategy for Future Research Activity |
悪天候の中、日本の南極観測隊の奮闘により得られた南極試料からのゲノム解析情報は人類にとって未知の貴重な科学資産であり、その有効活用が大きな課題である。その認識の下に、分離菌株、ゲノム情報の公共機関・データベースへの登録・公開と論文作成、さらに有用遺伝子を含む遺伝子の機能解析にも全力で取り組んでいく方針である。既に、今年度から遺伝子の機能解析の一環として南極細菌の低温酵素遺伝子の機能解析の予備検討を研究分担者と進めており、本研究の研究成果を今後より広く活用可能とする方策を講じていく方針である。
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| Causes of Carryover |
第53次、第54次の日本の南極観測において２年連続で海氷条件の悪化により南極観測船「しらせ」が昭和基地への接岸の断念を余儀なくされ、それにより南極における採取試料の入手が平成24年度と25年度において予定通りに進まなかったことから、平成26年度にもその影響が及び、新たな南極試料を用いての研究に支障が生じた。特にゲノム解析、メタゲノム解析といった高額の試薬・消耗品の経費を要する実験の計画が次年度へ先送りとなったことが大きな理由である。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
第56次の日本の南極観測は困難に直面しながらも、ほぼ当初の計画通りに南極観測船「しらせ」が昭和基地への接岸に成功し、平成27年度に使用可能な南極試料の入手にも目処がついたことから、本研究において先送りとなっていたゲノム解析およびメタゲノム解析の実施も可能となり、次年度に今年度の計画分の実験を実施することで、研究計画の全体としては当初の研究計画の目標達成をめざしていく計画である。また、これまでの研究成果であるゲノム解析情報を基に、その有効活用の一環として、遺伝子の機能解析にも共同研究者との連携により注力していく計画である。
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Research Products
(3 results)
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[Presentation] Bacterial Genome-wide Horizontal Gene-transfers Provide Co-evolution and Adaptation Strategies of Biosphere in Ultra-oligotrophic Antarctic Lake2014
Author(s)
1.Tomoya BABA, Takashi ABE, Atsushi TOYODA, Ryosuke NAKAI, Takeshi NAGANUMA, Asao FUJIYAMA, Satoshi IMURA, Hiroshi KANDA, Hideaki MOTOYAMA, Hironori NIKI
Organizer
2014 SCAR Open Science Conference
Place of Presentation
Auckland, New Zealand
Year and Date
2014-08-25 – 2014-08-28
