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2021 Fiscal Year Annual Research Report

倍数ゲノム複製機構がもたらす新規機能獲得と進化速度の両立

Publicly Offered Research

Project AreaEvolutionary theory for constrained and directional diversities
Project/Area Number 20H04862
Research InstitutionShizuoka University

Principal Investigator

大林 龍胆  静岡大学, 理学部, 助教 (90778333)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2022-03-31
Keywordsゲノム倍数性 / シアノバクテリア / DNA複製 / 進化
Outline of Annual Research Achievements

ゲノム倍数化は、現存する様々な生物種において観測される形質である。古くから倍数体生物は環境変動などへの適応能力が高いことが示唆されているが、その基本原理の解明には至っていない。本課題では、一見矛盾するゲノム倍数性の進化に対する影響を、実験と理論の両面から定量的に捉え、ゲノム倍数化と進化の間に存在する普遍原理の解明を目指した。この問題を解くためには、変異したゲノム固定率を定量する必要があったが、昨年度までに変異が固定されるまでの世代数を定量できた。最終年度はこの定量したパラメータをこれまでの進化モデルに適用し、実際にシミュレーションを行った。その結果、驚いたことにゲノム数が多くなるにつれ、進化速度が上昇することがわかった。さらに、多ければ多いほどいいわけではなく、そこには最適なゲノム数が存在し、約10~20コピー程度で進化速度が最大になり、それ以上になると進化速度は遅くなることが示され、ゲノムコピー数(倍数性)と進化との関係性において新たな仮説を提唱した。さらに、実験的にもこの現象を確かめるために、倍数性の異なるシアノバクテリアを用いて薬剤存在下での進化速度を検証した。その結果、確かにゲノムコピー数が多い種ほど進化速度が速いことが実験的にもわかってきた。しかし、ゲノム数が30コピー程度のシアノバクテリアまでしか検証できておらず、それ以上のコピー数で本当に進化速度は遅くなるのかは実験的には検証できていない。さらに、この進化速度の変化は種間の変異率によるものかどうかを検証するため、それぞれの種において40系統分変異蓄積実験を行い、全ゲノムシーケンスにより変異箇所の同定と変異率の算出を試みた。詳細は現在解析中である。
以上のように、研究期間内に倍数ゲノムの遺伝様式を明らかにし、それに伴う進化可能性を実験、理論の両面から検証でき、新たな進化仮説を提唱することができた。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (7 results)

All 2023 2022

All Journal Article (1 results) Presentation (4 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results)

  • [Journal Article] Evolutionary Innovation by Polyploidy2022

    • Author(s)
      Hatakeyama Tetsuhiro S.、Ohbayashi Ryudo
    • Journal Title

      bioRxiv

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1101/2022.10.29.514387

  • [Presentation] シアノバクテリアにおけるゲノム倍数性と転写、翻訳活性の相関2023

    • Author(s)
      村木遥飛、奥本麗奈、大林龍胆
    • Organizer
      第17回日本ゲノム微生物学会年会
  • [Presentation] ゲノム倍数体における遺伝様式の解明2022

    • Author(s)
      大林龍胆、畠山哲央
    • Organizer
      藍藻の分子生物学2022
  • [Presentation] なぜ、生物はゲノムを複数持つのか?2022

    • Author(s)
      奥本麗奈、大林龍胆
    • Organizer
      第一回総合微生物学研究会
  • [Presentation] シアノバクテリアのDnaAに依存しないゲノム複製開始機構の解明2022

    • Author(s)
      大石葉月、大林龍胆
    • Organizer
      第一回総合微生物学研究会
  • [Patent(Industrial Property Rights)] アミノ酸および/または有機酸を製造する方法2022

    • Inventor(s)
      蓮沼誠久、加藤悠一、秀瀬涼太、蘆田弘樹、大林龍胆
    • Industrial Property Rights Holder
      蓮沼誠久、加藤悠一、秀瀬涼太、蘆田弘樹、大林龍胆
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2022-110536
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 環境負荷の低い物質生産方法2022

    • Inventor(s)
      蓮沼誠久、蘆田弘樹、大林龍胆、秀瀬涼太、稲邊宏輔
    • Industrial Property Rights Holder
      蓮沼誠久、蘆田弘樹、大林龍胆、秀瀬涼太、稲邊宏輔
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2022-13299

URL: 

Published: 2023-12-25  

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