2013 Fiscal Year Research-status Report
人工最小生態系の進化ダイナミクスを分子レベルで記述する
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25650147
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
細田 一史 大阪大学, 情報科学研究科, 准教授 (30515565)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 実験生態系 / 進化ダイナミクス / 分子機構 |
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| Research Abstract |
生態系の変化は、個体群動態だけでなく生物の形質の変化も含んでいる。この形質変化（表現型可塑性や進化等による）があるため、単純な実験生態系ですら実験開始直後しか個体群動態を説明できないのが科学の現状である。ここで、生物の形質変化は、個体内の生化学反応など分子機構に還元できる。では、分子機構まで考慮すれば、一つの数理モデルで表現型可塑性や進化を含む個体群動態を説明できるのだろうか？本研究では、極度に単純化した人工生態系の実験進化について、「個体内外の分子と個体群の動態」を測定し、その結果をもとに細胞内の生化学反応まで考慮した個体群動態の数理モデルを作る。これにより、表現型可塑性を含む、1000世代程度の実験進化における個体群動態が、一つの数理モデルでどの程度説明可能になるのかを明らかにする。
本年度は、計画通り、メタボローム解析とトランスクリプトーム解析を行った。また、同時進行で単純な数理モデルの構築も行った。
メタボローム解析では、この実験生態系でキーであるとわかっている物質量の定量を達成した。まだすべての物質の解析に及んでいないが、これによって単純な数理モデルに必要な情報を得ることができた。またトランスクリプトーム解析では、メタボローム解析とは逆に、全体の変動の解析ができた。これは、細胞の状態が、増殖環境に応じて全体的に大きく動くことがわかっているため、まずはこれを把握する必要があったためである。
数理モデルは、最終目的のような、全体を網羅したモデルではないが、個体群動態に、生物の内部の分子を入れ込むことで、個体の状態を含めた単純なモデルを作成した。結果、細胞内の代謝バランスにより、個体の性質が大きく変わる効果がとても大きい可能性がある、という想像以上のヒントが得られた。
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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
本研究はおおむね順調に進展している。研究環境が変わり、様々なタスクが増加したことを考慮しても、当初の予定通りに進行できたことは良かったと考えている。また、単純な数理モデルからは、想像以上に興味深い結果が得られ、理解に向けて大きく前進した。その意味で予定以上に良い情報が得られているが、これは進行が早くなったわけではないので、（１）当初の計画以上に、ではなく、（２）とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで計画通りに進んでいるため、今後も計画通り、実験結果の解析と数理モデルの構築を行う。
メタボローム解析では、これまでに、すでに重要とわかっているキー物質についてのダイナミクスがわかったので、次は全体のダイナミクスをとらえ、一見してわからない要素や、全体となってはじめてあらわれる現象などに向けて解析を始める。
トランスクリプトーム解析は、細胞内における遺伝子発現全体の挙動は把握できたため、メタボロームとは逆に、個々のダイナミクスに注目する。
数理モデルは、まずは現在すでに構築した単純な個体群動態の数理モデルをさらに解析する。また、メタボロームやトランスクリプトームで得られた、重要とわかっていない要素に関しても数理モデルに含める。さらに、これらはまだ進化を含めていないので、進化を考慮した数理モデルを構築する。これは、単純なものとすべて含めたもの、それぞれに進化の要素を入れる。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
所属機関、研究環境の変更があるため。
計画通り、消耗品に使用する。
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[Presentation] Evolutionary, population, and reaction dynamics of experimental ecosystems2013
Author(s)
Kazufumi Hosoda, Makoto Sueyoshi, Itsuka Kumano, Masumi Habuchi, Kayo Yamamoto, Risa Takami, Yuhki Azuma, Isao Kubo, Shingo Suzuki, Tetsuya Yomo
Organizer
第 51 回日本生物物理学会年会
Place of Presentation
国立京都国際会館
Year and Date
20131028-20131030
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