2014 Fiscal Year Annual Research Report
16S rRNA遺伝子の異種間水平伝播の可能性を探求する
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25830132
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
北原 圭 大阪大学, 情報科学研究科, 特別科学研究員 (30567855)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 16SリボソームRNA / 分子進化 / バクテリア / 遺伝子工学 / 進化能 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
バクテリアの分子系統解析の指標遺伝子として汎用される16S rRNA遺伝子の進化能を調べるための研究を行った。実験では、リボソームRNA遺伝子のオペロンであるrrnBを欠失相補した大腸菌株を用いて、rrnBオペロン中の16S rRNAのほぼ全長を、遠縁のバクテリア由来の相同配列に置換した「水平伝播変異株」を作成することに成功した。水平伝播変異株では、変異塩基の数と比較して増殖速度の悪化は少なかった。このことは、遠縁バクテリアの16S rRNA遺伝子と大腸菌のリボソームタンパク質との間に良い和合性が存在することを明確に示している。従来のcomplexity仮説(Lakeら、1999)では、あるバクテリア種の16S rRNA遺伝子の分子進化は、その種のリボソームタンパク質遺伝子との複雑な相互作用により厳密に制限されている（即ち、16SrRNA遺伝子の異種間水平伝播は不可能）とされていた。しかし、本研究の成果によると、16S rRNA遺伝子は高度な水平伝播能を有することが強く示唆された。
rRNA遺伝子の分子進化能をより深く探求するために、rRNA遺伝子にエラープローンPCRによるランダム変異を蓄積させた変異株の作成実験も行った。その結果、ランダム変異の場合は水平伝播変異と異なり、より少ない変異塩基数で大腸菌の増殖速度が有為に悪化させる傾向が観察された。この結果は、水平伝播変異と比較して、ランダム点変異はrRNAの分子進化を加速させる要因にはなりにくい可能性を示唆している。
両実験結果を総合すると、バクテリアのrRNA配列に進化的多様性が生み出される要因として、点変異よりも水平伝播変異の方が効果的であることが示唆された。ランダム変異による分子進化だけが起こることを前提とした従来の16S rRNAアプローチは、本遺伝子の水平伝播の可能性を過小評価してしまっている可能性が強く懸念される。
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