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Function and evolution of genes involved in the phagocytosis first discovered in prokaryotes

Research Project

Project/Area Number 19K22445
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 45:Biology at organismal to population levels and anthropology, and related fields
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

ISHIDA Ken-ichiro  筑波大学, 生命環境系, 教授 (30282198)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 白鳥 峻志  国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境部門(海洋生物環境影響研究センター), 特別研究員(PD) (70800621)
Project Period (FY) 2019-06-28 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Keywords原核生物 / Uab amorphum / 食作用 / Planctomycetes / 比較ゲノム / 進化 / 多様性 / ウアブ / Candidatus Uab amorphum / Phagocytosis
Outline of Research at the Start

食作用(phagocytosis)は原核生物にはないとされてきたが、我々は近年、バクテリアなどを食作用のように細胞で包み込んで捕食する2つの原核生物を発見し、培養株(SRT547株およびSRT713株)の確立に成功した。本研究では、これら2つを含む近縁バクテリアの比較ゲノム解析から、この食作用に似た捕食に関連する遺伝子を推定するとともに、それら遺伝子の機能を解析し、原核生物で初めて発見された“食作用”のメカニズムとその進化を明らかにする。これにより、真核細胞の基本性質である食作用の起源の理解に示唆を与え、真核細胞の誕生やミトコンドリアと葉緑体の獲得を含む細胞進化の理解に繋がる新知見を提供する。

Outline of Final Research Achievements

To elucidate how the newly discovered phagocytotic prokaryote, Ca. Uab amorphum, acquired its phagocytosis, we sequenced the genomes of three strains (SRT713, SRT719, and SRT722) closely related to “Uab” (SRT547) and performed comparative genomic analysis. As a result, 1,245 genes specific to bacteria with phagocytosis were detected, and the phagocytosis-related genes were presumed to be among them. To further narrow down the phagocytosis-related genes, we established a system to specifically detect and visualize “Uab”-clade bacteria from the field. Several new lineages of “Uab”-clade bacteria were discovered from freshwater samples, which led to the narrowing down of the phagocytosis-related genes and elucidating the evolution of phagocytosis in the “Uab”-clade.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ウアブ(SRT547株)の発見により、真核生物にしかないと思われていた“食作用”のような捕食様式を原核生物が独自に獲得していたことが初めて示された。この発見により、食作用の進化や真核生物の起源の理解が大きく進展することが期待されている。本研究は、ウアブの食作用が真核生物のそれとどう違うのか、という疑問を念頭に、ウアブの食作用がどのように機能しているのか、ウアブがいつ、どのように食作用能を獲得したのか、を明らかにするための最初のステップである。本研究成果は、これらの理解に向けた今後の大きな展開の扉を開くものである。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (3 results)

All 2019 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Phagocytosis-like cell engulfment by a planctomycete bacterium2019

    • Author(s)
      Takashi Shiratori, Shigekatsu Suzuki, Yukako Kakizawa & Ken-ichiro Ishida
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 10 Issue: 1 Pages: 5529-5529

    • DOI

      10.1038/s41467-019-13499-2

    • NAID

      120007132846

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Remarks] 原核生物の常識覆す、他の生物を丸のみする新バクテリア発見 ~真核生物誕生の謎を解き明かす手掛かりに~

    • URL

      https://www.tsukuba.ac.jp/journal/biology-environment/20191211151511.html

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Remarks] 原核生物の常識覆す、他の生物を丸のみする新バクテリア発見 ~真核生物誕生の謎を解き明かす手掛かりに~

    • URL

      http://www.tsukuba.ac.jp/attention-research/p201912111800.html

    • Related Report
      2019 Research-status Report

URL: 

Published: 2019-07-04   Modified: 2022-01-27  

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