2016 Fiscal Year Research-status Report
進化的特徴の類似に基づくマメ-根粒菌共生遺伝子のゲノム網羅的計算推定と実験検証
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26660057
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
青木 誠志郎 東京大学, 大学院総合文化研究科, 助教 (10334301)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 元己 東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (00193524)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 進化 / 生物情報学 / 系統学 / 植物生理学 / 多様性 / 共生 / 植物微生物相互作用 / 分子進化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
我々生命にとってタンパク質は体の構成要素として中心的な分子であり、原料となる窒素の空気中からの固定は、生物にとって必須な化学反応である。その大部分を担っているのが、植物とバクテリアの共生的窒素固定である。それほど重要な共生関係にも関わらず、植物側-バクテリア側両者で、共生の起源および相互作用を司る共生遺伝子ネットワークの成り立ちは、未だ謎のままである。本研究では生物全体の大規模ゲノム比較解析としての「進化的特徴の類似性に基づく遺伝子機能推定法」を開発することにより、新規な共生遺伝子群のネットワークを推定する。既に我々は、系統プロファイル法を元にしたゲノム比較で、進化的情報を持つ遺伝子として推定されたnodIJ遺伝子群の解析により、根粒菌-マメ共生系の起源がβプロテオバクテリアと考えられることを発表した。2016年度は現在ゲノム解析の済んだ(complete genomeの)、５万を超えるバクテリアゲノム情報を用い、統計的・進化的な解析をおこなった。この計算的アプローチにより、根粒菌を中心とした、共生遺伝子特有の適応的分子進化を発見した。上記の発表段階ではわからなかった新たな根粒形成遺伝子における進化現象を発見した。現在論文執筆を進めている。
この他、マメ科植物の遺伝子の進化解析を行い、共生遺伝子特有の分子進化について解析し、論文を発表した。また、世界に広がる根粒菌の生物地理学的解析を行い、海洋島に分布する根粒菌の進化についての論文を発表した。
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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
分子進化学的解析と情報学的解析を組み合わせることにより、大量のバクテリアゲノムによる解析を進め、新しい進化現象を発見し論文を執筆中である。今後は特定の遺伝子の進化現象のみならず、それらを統計的にあつかった全ゲノム進化についての解析を進める計画である。進展が「おおむね」である理由は、初めて学ぶ数理的解析・情報学的解析を習得するのに時間がかかっているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究の３つの柱を(A)大規模ゲノム解析,(B)共生遺伝子ネットワークの推定と実証,(C)共生起源の解明の方法として,
（1. 大規模ゲノム比較） 全生物の進化的・統計的比較ゲノム解析による共生遺伝子推定
（2. バイオインフォマティクス） 推定遺伝子のGO/パスウェイ解析による共生遺伝子ネットワークの特定
（3. 実証実験） 推定共生遺伝子への分子生理・感染実験による遺伝子破壊・編集・発現解析
（4. 進化解析） 大規模系統・分子進化解析
の4つの解析を進める。
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| Causes of Carryover |
新規なバクテリアゲノムの解析に必要な、実験および計算のため
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
解析用のコンピューターの購入と、バクテリア遺伝子の解析のために使用することを計画しています
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