深海性二枚貝シロウリガイ類の共生系の進化

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24570252
• Research Institution: Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
• Principal Investigator: 吉田 尊雄 独立行政法人海洋研究開発機構, 海洋生物多様性研究分野, 主任技術研究員 (60399566)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 共生 / 共進化 / ゲノム解析 / 比較ゲノム

Outline of Annual Research Achievements

深海性二枚貝シロウリガイ類の鰓細胞内には化学合成細菌（以後共生菌と呼ぶ）が共生し卵を介して伝達される。共生菌は細胞内共生によりゲノムが縮小し、その痕跡がゲノム上に見られる。シロウリガイ類は、祖先系は１つで宿主と共生菌から共進化していると考えられているが、宿主側の信頼性の高い系統関係を示すデータはこれまでになかった。共生菌のゲノム縮小の過程を明らかにするためには、宿主の系統関係を明らかにした上で議論することが鍵となってくる。本研究では、シロウリガイ類のミトコンドリア全配列と共生菌のいくつかの遺伝子配列を決定して、宿主と共生菌の系統関係を明らかにした上で、共生菌のゲノム縮小進化の関係を明らかにすることを目的とする。

これまでに11種類のシロウリガイ類の宿主と共生菌それぞれについて、これまでよりも信頼性の高い系統樹を作成することができた。平成26度は、11種類のシロウリガイ類の共生菌のうち、2種は既に全ゲノム解析が決まっているので、残りの9種類の共生菌のゲノム解析を進めるため、次世代シーケンサーを用いたドラフトゲノムシーケンス解析を行った。解析した9種のうち、共生菌の16S系統樹において進化速度が遅いナギナタシロウリガイとナラクシロウリガイ共生菌の全ゲノムシーケンスを決定することができた。その結果、これら2種のシロウリガイの共生菌のゲノムサイズは、それぞれ約１.5Mbpあり、既にゲノム配列の決まっている2種（約1.0Mbp）と比較すると、約1.5倍のサイズであった。しかしながら、遺伝子数は、既報の2種とほぼ同程度であり、残りのゲノム領域には偽遺伝子が確認された。これらの結果は、共生菌の祖先が環境中における自由生活では必要であった機能が、宿主動物の細胞内共生へ移行していく中で、不必要になった機能の遺伝子をまず偽遺伝子化させ、最終的には、偽遺伝子領域を欠失させてゆくことが考えられた。

Research Products

• [Journal Article] Cysteine dioxygenase and cysteine sulfinate decarboxylase genes of the deep-sea mussel Bathymodiolus septemdierum: possible involvement in hypotaurine synthesis and adaptation to hydrogen sulfide (2015)
  • Author(s): Nagasaki, T., Hongo, Y., Koito, Y., Nakamura-Kusakabe, I., Shimamura, S., Takaki, Y., Yoshida, T., Maruyama, T., and Inoue, K.
  • Journal Title: Amino Acids Volume: 47 Pages: 571-578
  • DOI: 10.1007/s00726-014-1891-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The structure of a deoxygenated 400 kDa hemoglobin reveals ternary and quaternary structural changes of giant hemoglobins (2014)
  • Author(s): Numoto, N., Nakagawa, T., Ohara, R., Hasegawa, T., Kita, A., Yoshida, T., Maruyama, T., Imai, K., Fukumori, Y., and Miki, K.
  • Journal Title: Acta Crystallogr D Biol Crystallogr. Volume: 70 Pages: 1823-1831
  • DOI: 10.1107/S1399004714008475
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Enhanced translocation and growth of Rhodococcus erythropolis PR4 in the alkane phase of aqueous-alkane two phase cultures were mediated by GroEL2 overexpression (2014)
  • Author(s): Takihara, H., Ogihara, J., Yoshida, T., Okuda, S., Nakajima, M., Iwabuchi, N., and Sunairi, M.
  • Journal Title: Microbes and Environments Volume: 29 Pages: 346-352
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME13158
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Sensing deep extreme environments: the receptor cell types, brain centers, and multi-layer neural packaging of hydrothermal vent endemic worms (2014)
  • Author(s): Shigeno, S., Ogura, A., Mori, T., Toyohara, H., Yoshida, T., Tsuchida, S., and Fujikura, K.
  • Journal Title: Frontiers in Zoology Volume: 11 Pages: 82
  • DOI: 0.1186/s12983-014-0082-9
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 深海化学合成系における新しい環境適応戦略 ～シチヨウシンカイヒバリガイ共生菌ゲノムから～ (2014)
  • Author(s): 生田 哲朗、高木 善弘、丸山 正、吉田 尊雄
  • Organizer: 日本進化学会第16回大会
  • Place of Presentation: 高槻現代劇場（大阪府・高槻市）
  • Year and Date: 2014-08-21 – 2014-08-24
  • Invited
• [Presentation] 深海性二枚貝に細胞内共生する化学合成細菌のゲノム進化 (2014)
  • Author(s): 吉田 尊雄，高木 善弘，島村 繁，丸山 正
  • Organizer: 第17回微生物アカデミー研究集会
  • Place of Presentation: 北里大学（神奈川県・相模原市）
  • Year and Date: 2014-08-21 – 2014-08-21
• [Presentation] 深海性二枚貝シロウリガイ類における化学合成共生細菌の宿主転換の可能性 (2014)
  • Author(s): Genki Ozawa, Takashi Kaneko, Shigeru Shimamura, Yoshihiro Takaki, Takeshi Koshiishi, Chiaki Kato, Tadashi Maruyama, Takao Yoshida
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2014-04-28 – 2014-05-02
  • Invited