中等度好熱菌に比肩する高温耐性を獲得した常温性シアノバクテリア突然変異株の解析

• 研究課題/領域番号: 15K07368
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用微生物学
• 研究機関: 静岡大学 (2017); 東京農業大学 (2015-2016)
• 研究代表者: 兼崎 友 静岡大学, グリーン科学技術研究所, 特任助教 (70380293)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2016年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2015年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 適応進化 / シアノバクテリア / ゲノム解析 / 高温ストレス / トランスクリプトーム / 突然変異 / NGS / 長期培養 / 高温耐性 / リシーケンス解析 / リシークエンス解析

研究成果の概要

常温性のシアノバクテリアが突然変異の蓄積によりどこまでの高温耐性を獲得できるのかという命題に挑むため、3年に及ぶ長期間の寒天培地上での高温順化培養により、シアノバクテリアS. elongatus PCC 7942の通常の生育限界温度である43℃を大きく超えた株群を得ることに成功した。これらの高温耐性突然変異株群について、ゲノム上の突然変異部位を次世代シーケンサーを用いてゲノムワイドに同定し、さらに遺伝子組換えを用いた実験から高温耐性に寄与した変異遺伝子座を概ね明らかにした。この高温耐性突然変異株では、高温下での転写産物プロファイルや細胞形態、生育速度などに大きな違いが見られた。

研究成果

• [国際共同研究] University of Freiburg(Germany)
• [雑誌論文] Transcriptional activation of glycogen catabolism and oxidative pentose phosphate pathway by NrrA facilitates cell survival under nitrogen starvation in the cyanobacterium Synechococcus sp. strain PCC 7002. (2018)
  • 著者名/発表者名: Shimmori Y, Kanesaki Y, Nozawa M, Yoshikawa H, and Ehira S.
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 印刷中 号: 6 ページ: 1225-1233
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy059
  • 査読あり
• [雑誌論文] Complete Genome Sequence of the Nonheterocystous Cyanobacterium Pseudanabaena sp. ABRG5-3 (2018)
  • 著者名/発表者名: Tajima Naoyuki、Kanesaki Yu、Sato Shusei、Yoshikawa Hirofumi、Maruyama Fumito、Kurokawa Ken、Ohta Hiroyuki、Nishizawa Tomoyasu、Asayama Munehiko、Sato Naoki
  • 雑誌名: Genome Announcements 巻: 6 号: 6
  • DOI: 10.1128/genomea.01608-17
  • NAID: 120006457123
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Draft Genome Sequence of the Nitrogen-Fixing and Hormogonia-Inducing Cyanobacterium Nostoc cycadae Strain WK-1, Isolated from the Coralloid Roots of Cycas revoluta. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kanesaki Y, Hirose M, Hirose Y, Fujisawa T, Nakamura Y, Watanabe S, Matsunaga S, Uchida H, and Murakami A.
  • 雑誌名: Genome Announcements 巻: 6 号: 7
  • DOI: 10.1128/genomea.00021-18
  • NAID: 120006488529
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mutations responsible for alcohol tolerance in the mutant of Synechococcus elongatus PCC 7942 (SY1043) obtained by single-cell screening system. (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirokawa Y, Kanesaki Y, Arai S, Saruta F, Hayashihara K, Murakami A, Shimizu K, Honda H, Yoshikawa H, and Hanai T
  • 雑誌名: Journal of Bioscience and Bioengineering 巻: 125 号: 5 ページ: 572-577
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2017.11.012
  • NAID: 40021552647
  • 査読あり
• [雑誌論文] ParA-like protein influences the distribution of multi-copy chromosomes in cyanobacterium Synechococcus elongatus PCC 7942. (2018)
  • 著者名/発表者名: Watanabe S, Noda A, Ohbayashi R, Uchioke K, Kurihara A, Nakatake S, Morioka S, Kanesaki Y, Chibazakura T, Yoshikawa H
  • 雑誌名: Microbiology 巻: 164 号: 1 ページ: 45-56
  • DOI: 10.1099/mic.0.000577
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Characterization of mycosporine-like amino acids in the cyanobacterium <i>Nostoc verrucosum</i> (2018)
  • 著者名/発表者名: Inoue-Sakamoto, K., Nazifi, E., Tsuji, C., Asano, T., Nishiuchi, T., Matsugo, S., Ishihara, K., Kanesaki, Y., Yoshikawa, H. and Sakamoto, T.
  • 雑誌名: The Journal of General and Applied Microbiology 巻: 64 号: 5 ページ: 203-211
  • DOI: 10.2323/jgam.2017.12.003
  • NAID: 130007503362
  • ISSN: 0022-1260, 1349-8037
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Acidophilic green algal genome provides insights into adaptation to an acidic environment (2017)
  • 著者名/発表者名: Hirooka, S., Hirose, Y., Kanesaki, Y., Higuchi, S., Fujiwara, T., Onuma, R., Era, A., Ohbayashi, R., Uzuka, A., Nozaki, H., Yoshikawa, H., and Miyagishima, S.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 巻: 114 号: 39
  • DOI: 10.1073/pnas.1707072114
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Conserved two-component Hik34-Rre1 module directly activates heat-stress inducible transcription of major chaperone and other genes in Synechococcus elongatus PCC 7942 (2017)
  • 著者名/発表者名: Ikki Kobayashi, Satoru Watanabe, Yu Kanesaki, Tomohiro Shimada, Hirofumi Yoshikawa and Kan Tanaka
  • 雑誌名: Mol. Microbiol. 巻: 104 号: 2 ページ: 260-277
  • DOI: 10.1111/mmi.13624
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] CyanoBase: a large-scale update on its 20th anniversary. (2017)
  • 著者名/発表者名: Fujisawa, T., Narikawa, R., Maeda, S., Watanabe, S., Kanesaki, Y., Kobayashi, K., Nomata, J., Hanaoka, M., Watanabe, M., Ehira, S., Suzuki, E., Awai, K. and Nakamura, Y.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 45 号: D1 ページ: 551-554
  • DOI: 10.1093/nar/gkw1131
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Variety of DNA Replication Activity Among Cyanobacteria Correlates with Distinct Respiration Activity in the Dark (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryudo Ohbayashi, Jun-ya Yamamoto, Satoru Watanabe, Yu Kanesaki, Taku Chibazakura, Shin-ya Miyagishima, Hirofumi Yoshikawa
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 58 (2) ページ: 279-286
  • DOI: 10.1093/pcp/pcw186
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chloroplast-mediated regulation of CO2-concentrating mechanism by Ca2+-binding protein CAS in the green alga Chlamydomonas reinhardtii (2016)
  • 著者名/発表者名: L. Wang, T. Yamano, S. Takane, Y. Niikawa, C. Toyokawa, S. Ozawa, R. Tokutsu, Y. Takahashi, J. Minagawa, Y. Kanesaki, H. Yoshikawa, and H. Fukuzawa
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: 113 号: 44 ページ: 12586-12591
  • DOI: 10.1073/pnas.1606519113
  • NAID: 120006425865
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Complete genome sequencing of cyanobacterium Leptolyngbya sp. NIES-3755 Journal of Biotechnology. (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirose Y., Fujisawa T., Ohtsubo Y., Katayama M., Misawa N., Wakazuki S., Shimura Y., Nakamura Y., Kawachi M., Yoshikawa H., Eki T., and Kanesaki Y.
  • 雑誌名: Genome Announcements 巻: 4 号: 2
  • DOI: 10.1128/genomea.00090-16
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Complete genome sequence of cyanobacterium Fischerella sp. NIES-3754, providing thermoresistant optogenetic tools. (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirose Y., Fujisawa T., Ohtsubo Y., Katayama M., Misawa N., Wakazuki S., Shimura Y., Nakamura Y., Kawachi M., Yoshikawa H., Eki T., and Kanesaki Y.
  • 雑誌名: Journal of Biotechnology 巻: 220 ページ: 45-46
  • DOI: 10.1016/j.jbiotec.2016.01.011
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Complete genome sequence of cyanobacterium Nostoc sp. NIES-3756, a potentially useful strain for phytochrome-based bioengineering. (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirose Y., Fujisawa T., Ohtsubo Y., Katayama M., Misawa N., Wakazuki S., Shimura Y., Nakamura Y., Kawachi M., Yoshikawa H., Eki T., and Kanesaki Y.
  • 雑誌名: Journal of Biotechnology 巻: 220 ページ: 51-52
  • DOI: 10.1016/j.jbiotec.2015.12.002
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Diversification of DnaA dependency for DNA replication in cyanobacterial evolution. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ohbayashi R., Watanabe S., Ehira S., Kanesaki Y., Chibazakura T., and Yoshikawa H.
  • 雑誌名: ISME Journal 巻: 10 号: 5 ページ: 1113-1121
  • DOI: 10.1038/ismej.2015.194
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Intensive DNA replication and metabolism during the lag phase in cyanobacteria (2015)
  • 著者名/発表者名: Watanabe S., Ohbayashi R., Kanesaki Y., Saito N., Chibazakura T., Soga T., and Yoshikawa H.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 10 号: 9 ページ: e0136800-e0136800
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0136800
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Analysis of spontaneous suppressor mutants from the photomixotrophically-grown pmgA-disrupted mutant in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2015)
  • 著者名/発表者名: Nishijima, Y., Kanesaki, Y., Yoshikawa, H., Ogawa, T., Sonoike, K., Nishiyama, Y. and Hihara, Y.
  • 雑誌名: Photosynth. Res. 巻: - 号: 2-3 ページ: 465-475
  • DOI: 10.1007/s11120-015-0143-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of centromere regions in chromosomes of a unicellular red alga, Cyanidioschyzon merolae (2015)
  • 著者名/発表者名: Yu Kanesaki, Sousuke Imamura, Motomichi Matsuzaki, and Kan Tanaka
  • 雑誌名: FEBS Lett. 巻: 589 号: 11 ページ: 1219-1224
  • DOI: 10.1016/j.febslet.2015.04.009
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] シアノバチルスにおけるシアノバクテリア遺伝子大規模発現の試み (2018)
  • 著者名/発表者名: 美田 知也, 細村 匡太郎, 渡辺 智, 兼崎 友, 板谷 光泰, 朝井 計, 吉川 博文
  • 学会等名: 日本農芸化学会2018年度大会
• [学会発表] クロロフィルdをもつシアノバクテリアAcaryochloris marina の橙色光への順化・適応機構の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 樫本友則, 兼崎友, 佐藤繭子, 渡邉麻衣, 渡辺智, 豊岡公徳, 池内昌彦, 成川礼
  • 学会等名: 第12回日本ゲノム微生物学会年会
• [学会発表] 網羅ゲノムシークエンスによるシアノバクテリアの補色応答の多様性の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 広瀬侑, 米川千夏, 藤澤貴智, 志村遥平, 兼崎友, 渡辺麻衣, 中村保一, 河地正伸, 池内昌彦, 浴俊彦
  • 学会等名: 第12回日本ゲノム微生物学会年会
• [学会発表] シアノバクテリアSynechocustis sp PCC 6803 における複製開始機構の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山﨑 脩平, 大林龍胆, 松根 かおり, 兼崎 友, 渡辺 智
  • 学会等名: 第12回日本ゲノム微生物学会年会
• [学会発表] シアノバクテリアSynechocystis sp. PCC 6803 におけるRecA タンパク質の機能解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 青柳 智大, 栗原 亜実, 大林龍胆, 兼崎 友, 渡辺 智
  • 学会等名: 第12回日本ゲノム微生物学会年会
• [学会発表] Synechocystis sp. PCC6803 のSll0914欠損株は酸性ストレスに感受性を示す (2018)
  • 著者名/発表者名: 中原 凌波, 石川 晴菜, 板垣 文子, 甲賀 栄貴, 兼崎 友, 吉川 博文, 内山純爾, 太田尚孝
  • 学会等名: 第12回日本ゲノム微生物学会年会
• [学会発表] 陸棲シアノバクテリアであるイシクラゲ（Nostoc commune）のゲノム解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 加藤 浩, 広瀬 侑, 兼崎 友, 藤澤 貴智, 中村 保一, 吉川 博文
  • 学会等名: 第12回日本ゲノム微生物学会年会
• [学会発表] 有用微生物のゲノム解析実績と予想される今後の展開 (2018)
  • 著者名/発表者名: 兼崎 友
  • 学会等名: 東京農業大学生物資源ゲノム解析センター 2017年度シンポジウム 「生命科学と情報科学の融合による農学研究の拠点形成」
  • 招待講演
• [学会発表] シアノバクテリアにおける新規高温耐性株の取得とリシーケンス解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 兼崎友、樋山智恵美、小澤啓吾、宮澤和己、渡辺智、吉川博文
  • 学会等名: 日本農芸化学会 2017年度大会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] シアノバクテリアにおける複数コピーゲノムのDNA複製制御機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大林龍胆、中町愛、兼崎友、渡辺智、吉川博文、宮城島進也
  • 学会等名: 第11回 日本ゲノム微生物学会
  • 発表場所: 藤沢
  • 年月日: 2017-03-02
• [学会発表] アオコ原因シアノバクテリア Planktothrix agardhii NIES-204株の完全ゲノム解読 (2017)
  • 著者名/発表者名: 志村遥平、藤澤貴智、広瀬侑、兼崎友、河地正伸
  • 学会等名: 第11回 日本ゲノム微生物学会
  • 発表場所: 藤沢
  • 年月日: 2017-03-02
• [学会発表] 繰り返し配列を介したゲノムシャッフリングによる好熱性シアノバクテリアのゲノム構造の進化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 前田海成、広瀬侑、藤澤貴智、兼崎友、吉川博文、池内昌彦
  • 学会等名: 第11回 日本ゲノム微生物学会
  • 発表場所: 藤沢
  • 年月日: 2017-03-02
• [学会発表] マルチコピーゲノムの複製制御機構からゲノムの存在意義を探る (2017)
  • 著者名/発表者名: 大林龍胆, 兼崎友, 渡辺智, 吉川博文, 宮城島進也
  • 学会等名: 藍藻の分子生物学会2017
• [学会発表] 非窒素固定型シアノバクテリアの窒素飢餓適応における糖異化の役割 (2017)
  • 著者名/発表者名: 新森友香, 兼崎 友, 吉川博文, 得平茂樹
  • 学会等名: 藍藻の分子生物学会2017
• [学会発表] 遠赤色光吸収クロロフィルdを持つシアノバクテリアAcaryochloris marinaの光質感知・順化・適応機構の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 樫本 友則, 兼崎 友, 佐藤 繭子, 伏見 圭司, 池内 昌彦, 豊岡 公徳, 渡辺 智, 成川 礼
  • 学会等名: 日本植物学会第81回大会
• [学会発表] 新奇糸状性シアノバクテリアのSigB 相同性因子の特徴付けと発現解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 菅原 卓也, 鎭西 真理子, 川又 透, 田島 直幸, 兼崎 友, 中平 洋一, 吉川 博文, 佐藤 直樹, 朝山 宗彦
  • 学会等名: 第69回日本生物工学会大会
• [学会発表] シアノバクテリアにおける高温適応進化実験の試み (2017)
  • 著者名/発表者名: 兼崎 友, 樋山 智恵美, 宮澤 和己, 渡辺 智, 吉川 博文
  • 学会等名: 環境微生物系学会合同大会2017
• [学会発表] 長期高温培養によるシアノバクテリア新規高温適応株の取得 (2017)
  • 著者名/発表者名: 兼崎 友, 樋山 智恵美, 宮澤 和己, 渡辺 智
  • 学会等名: NGS現場の会 第五回研究会
• [学会発表] 重金属耐性を示す単細胞紅藻シアニジウムのオミクス解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 兼崎友
  • 学会等名: 東京工業大学シンポジウム「光合成とバイオマス」
  • 発表場所: 横浜
  • 招待講演
• [学会発表] Identification of the associated genes for substrain-specific phenotypes of a cyanobacterium, Synechococcus elongatus PCC 7942. (2015)
  • 著者名/発表者名: Kanesaki Y., Ohbayashi R., Watanabe S., and Yoshikawa H.
  • 学会等名: International Symposium on Phototrophic Prokaryotes
  • 発表場所: Tubingen, Germany
  • 年月日: 2015-08-02
  • 国際学会
• [学会発表] Variety of dependency on DnaA protein for DNA replication among cyanobacteria (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohbayashi R., Watanabe S., Ehira S., Kanesaki Y., Chibazakura T., and Yoshikawa H.
  • 学会等名: International Symposium on Phototrophic Prokaryotes
  • 発表場所: Tubingen, Germany
  • 年月日: 2015-08-02
  • 国際学会
• [学会発表] Cell division-uncoupled DNA replication and metabolism in cyanobacteria Synechococcus elongatus PCC 7942. (2015)
  • 著者名/発表者名: Watanabe S., Ohbayashi R., Kanesaki Y., Chibazakura T., and Yoshikawa H.
  • 学会等名: International Symposium on Phototrophic Prokaryotes
  • 発表場所: Tubingen, Germany
  • 年月日: 2015-08-02
  • 国際学会