リボソームＲＮＡ遺伝子をプラスミドだけで維持する細菌の進化

• Project/Area Number: 18J00444
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Genome biology
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 按田 瑞恵 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(PD) (60759455)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: プラスミド / rRNA / 染色体 / ゲノム / バクテリア

Outline of Annual Research Achievements

バクテリアのrRNAオペロンは、ゲノムで最大のレプリコンである主染色体に存在することが常識とされてきた。近年我々は、そうした従来の常識に従わないバクテリア、すなわち、rRNAオペロンを主染色体に持たずに高コピープラスミド上にのみ持つバクテリアとして、プロテオバクテリア門Aureimonas ureilyticaを発見した。本研究は、rRNAオペロンの主染色体上からの欠失が（１）どの程度一般的な現象なのか、（２）どのようなメカニズムで起こったのか明らかにすることを目的としている。最終年度は（２）に向けて、rRNAオペロンがプラスミドだけに存在する４つの単系統において遺伝子組成の祖先状態推定を行った。この結果、染色体からrRNA遺伝子が失われたタイミングにおいて、プラスミド型複製開始タンパク質ファミリーの一種であるRep_3の獲得が共通していることを明らかにした。次にRep_3プラスミドの進化シナリオを調べたところ、元々Rep_3プラスミドを持ちにくかった祖先において、Rep_3プラスミドがrRNAオペロンを獲得することで必須なプラスミドとなり、プラスミドの宿主域が拡大したことが推定された。様々なプラスミドファミリーがある中で、Rep_3だけが見出されることを考察するために、ゲノムデータベースを用いてrRNAオペロンが存在するプラスミドのサイズやコピー数を調べたところ、Rep_3だけが高コピープラスミドから見つかった。以上から、染色体からのrRNAオペロンの欠失には、高コピープラスミドの宿主域の拡大が重要であることが示唆された。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] rRNA遺伝子をプラスミドだけで維持するバクテリアのゲノム進化を考える (2019)
  • Author(s): 按田 瑞恵
  • Journal Title: Japanese Society of Microbial Ecology Volume: 34 Issue: 1 Pages: 5-7
  • DOI: 10.20709/jsmeja.34.1_5
  • NAID: 130007617214
  • ISSN: 2424-1989
  • Year and Date: 2019-03-01
  • Open Access
• [Presentation] 植物-微生物相互作用をバクテリアゲノム構成から考える (2020)
  • Author(s): 按田瑞恵
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Presentation] 必須遺伝子の存在するプラスミドとバクテリアは進化の過程でどのように共存してきたのか (2020)
  • Author(s): 按田瑞恵、山内駿、岩崎渉
  • Organizer: 日本進化学会第22回オンライン大会
  • Invited
• [Presentation] rRNA遺伝子が小さなプラスミドだけに存在するバクテリア (2019)
  • Author(s): 按田瑞恵
  • Organizer: 第92回日本細菌学会総会
  • Invited
• [Presentation] プラスミドへのrRNAオペロンの移行に伴うゲノム進化 (2019)
  • Author(s): 按田瑞恵、山内駿、岩崎渉
  • Organizer: 第13回細菌学若手コロッセウム in みやぎ蔵王
• [Presentation] rRNA遺伝子がプラスミドだけに存在するバクテリアのゲノム進化 (2019)
  • Author(s): 按田 瑞恵、山内 駿、坂本 光央、高島 昌子、大熊 盛也、豊田 敦、岩崎 渉
  • Organizer: 第13回日本ゲノム微生物学会年会
• [Presentation] rRNA遺伝子がプラスミドだけに存在するバクテリア (2018)
  • Author(s): 按田 瑞恵
  • Organizer: 日本遺伝学会 第90回大会
  • Invited
• [Presentation] rRNA遺伝子をプラスミドだけで維持するバクテリアの進化 (2018)
  • Author(s): 按田 瑞恵、坂本 光央、高島 昌子、大熊 盛也、豊田 敦、岩崎 渉
  • Organizer: 日本微生物生態学会 第32回大会