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Serial transfer法による常温性藍藻の長期高温適応進化実験

研究課題

研究課題/領域番号 21K05338
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分38020:応用微生物学関連
研究機関静岡大学

研究代表者

兼崎 友  静岡大学, 静岡共同利用機器センター, 特任助教 (70380293)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワードシアノバクテリア / ゲノム解析 / 適応進化 / 高温ストレス / 突然変異 / 自然突然変異 / 遺伝子発現 / トランスクリプトーム
研究開始時の研究の概要

細胞を亜致死温度条件に幾度も曝しながら継代するSerial transfer培養法による高温適応進化実験により複数の高温適応株のラインを確立した。これらを用い、高温耐性に寄与したゲノム中の突然変異部位の同定と遺伝子機能解析をおこなう。個々の生物種は長い進化と生存競争の過程で現在棲息するニッチへと最適化してきたはずであるが、そこから生育限界を超えた別の環境へと再適応するのにどれほどの時間とゲノム配列への突然変異の蓄積を要するのかという大きな命題に挑戦する。

研究成果の概要

本研究では細胞を亜致死高温条件に曝しながら継代するSerial transfer培養法により高温適応進化株のラインを確立した。定期的にリシーケンス解析することで変異した遺伝子座を同定し、変異数の増加を観測した。累積した突然変異がゲノム上の特定領域に集中するかどうかを解析したが、現時点ではホットスポットは見られていない。一方、電顕解析による高温下での細胞形態の比較の結果からは親株と高温適応進化株の違いは明瞭であった。また新たに取得した高温適応株のラインはこれまでの株とは異なる遺伝子座への変異を持っていたことから、高温耐性や高温適応に関わる突然変異には多様性があることが見えてきた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

遺伝子組換え技術を用いずに通常の生育限界温度を大幅に上回る高温適応株を作出できたことは、シアノバクテリアを用いたバイオマス物質生産系の開発における可能性とリスクの双方の理解に役立つ結果であった。また本研究により、亜致死条件での超長期間培養という過去に報告例のない条件に曝すことで新規の高温誘導性遺伝子の探索が進むことが明らかになった。これらの結果は他の藻類や光合成微生物での研究においても新たな研究の方向性や発展性を示すものである。また将来的な地球温暖化により、現存する微生物の表現型がどのように変化していくかを予想する上でも重要な成果である。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (29件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 1件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 11件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] University of Hyderabad(インド)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [雑誌論文] A high-temperature sensitivity of <i>Synechococcus elongatus</i> PCC 7942 due to a tRNA-Leu mutation2023

    • 著者名/発表者名
      Hasegawa Hazuki、Yu Kanesaki、Satoru Watanabe、Tanaka Kan
    • 雑誌名

      The Journal of General and Applied Microbiology

      巻: 69 号: 3 ページ: 167-174

    • DOI

      10.2323/jgam.2023.02.001

    • ISSN
      0022-1260, 1349-8037
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] yaaJ, the tRNA-Specific Adenosine Deaminase, Is Dispensable in Bacillus subtilis2023

    • 著者名/発表者名
      Soma Akiko、Kubota Atsushi、Tomoe Daisuke、Ikeuchi Yoshiho、Kawamura Fujio、Arimoto Hijiri、Shiwa Yuh、Kanesaki Yu、Nanamiya Hideaki、Yoshikawa Hirofumi、Suzuki Tsutomu、Sekine Yasuhiko
    • 雑誌名

      Genes

      巻: 14 号: 8 ページ: 1515-1515

    • DOI

      10.3390/genes14081515

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Evolutionary Adaptation by Repetitive Long-Term Cultivation with Gradual Increase in Temperature for Acquiring Multi-Stress Tolerance and High Ethanol Productivity in Kluyveromyces marxianus DMKU 3-1042.2023

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto N, Matsutani M, Tanimoto Y, Nakanishi R, Tanaka S, Kanesaki Y, Theeragool G, Kataoka N, Yakushi T, and Matsushita K.
    • 雑誌名

      Journal of Bacteriology

      巻: 205 号: 11

    • DOI

      10.1128/jb.00101-23

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Possible involvement of extracellular polymeric substrates of Antarctic cyanobacterium Nostoc sp. strain SO-36 in adaptation to harsh environments2022

    • 著者名/発表者名
      Effendi D.B., Sakamoto T., Ohtani S., Awai K., and Kanesaki Y.
    • 雑誌名

      Journal of Plant Research

      巻: 135 号: 6 ページ: 771-784

    • DOI

      10.1007/s10265-022-01411-x

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Class II LitR serves as an effector of "short" LOV-type blue-light photoreceptor in Pseudomonas mendocina2022

    • 著者名/発表者名
      Maruyama T., Sumi S., Kobayashi M., Ebuchi T., Kanesaki Y., Yoshikawa H., Ueda K., and Takano H.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 号: 1 ページ: 21765-21765

    • DOI

      10.1038/s41598-022-26254-3

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Evolutionary Adaptation by Repetitive Long-Term Cultivation with Gradual Increase in Temperature for Acquiring Multi-Stress Tolerance and High Ethanol Productivity in Kluyveromyces marxianus DMKU 3-10422022

    • 著者名/発表者名
      Pattanakittivorakul S., Tsuzuno T., Kosaka T., Murata M., Kanesaki Y., Yoshikawa H., Limtong S., and Yamada M.
    • 雑誌名

      Microorganisms

      巻: 10 号: 4 ページ: 798-798

    • DOI

      10.3390/microorganisms10040798

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Mutations in degP and spoT Genes Mediate Response to Fermentation Stress in Thermally Adapted Strains of Acetic Acid Bacterium Komagataeibacter medellinensis NBRC 32882022

    • 著者名/発表者名
      Kataoka N., Matsutani M., Matsumoto N., Oda M., Mizumachi Y., Ito K., Tanaka S., and Kanesaki Y., Yakushi T., and Matsushita K.
    • 雑誌名

      Frontiers in Microbiology

      巻: 13 ページ: 802010-802010

    • DOI

      10.3389/fmicb.2022.802010

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Identification of Transcription Factors and the Regulatory Genes Involved in Triacylglycerol Accumulation in the Unicellular Red Alga Cyanidioschyzon merolae.2021

    • 著者名/発表者名
      Takahashi S., Okubo R., Kanesaki Y., Zhou B., Takaya K., Watanabe S., Tanaka K., and Imamura S.
    • 雑誌名

      Plants

      巻: 10 号: 5 ページ: 971-971

    • DOI

      10.3390/plants10050971

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Physiological and genomic analysis of newly-isolated polysaccharide synthesizing cyanobacterium <i>Chroococcus</i> sp. FPU101 and chemical analysis of the exopolysaccharide2021

    • 著者名/発表者名
      Yoshikawa S., Kanesaki Y., Uemura A., Yamada K., Okajima M., Kaneko T., and Ohki K.
    • 雑誌名

      The Journal of General and Applied Microbiology

      巻: 67 号: 5 ページ: 207-213

    • DOI

      10.2323/jgam.2021.02.002

    • NAID

      130008120235

    • ISSN
      0022-1260, 1349-8037
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Genome sequencing of the NIES Cyanobacteria collection with a focus on the heterocyst-forming clade.2021

    • 著者名/発表者名
      Yuu Hirose, Yoshiyuki Ohtsubo, Naomi Misawa, Chinatsu Yonekawa, Nobuyoshi Nagao, Yohei Shimura, Takatomo Fujisawa, Yu Kanesaki, Hiroshi Katoh, Mitsunori Katayama, Haruyo Yamaguchi, Hirofumi Yoshikawa, Masahiko Ikeuchi, Toshihiko Eki, Yasukazu Nakamura, Masanobu Kawachi
    • 雑誌名

      DNA research

      巻: 28 号: 6

    • DOI

      10.1093/dnares/dsab024

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] RNA-seq analysis identified glucose-responsive genes and YqfO as a global regulator in Bacillus subtilis2021

    • 著者名/発表者名
      Yu Kanesaki, Mitsuo Ogura
    • 雑誌名

      BMC research notes

      巻: 14 号: 1 ページ: 450-450

    • DOI

      10.1186/s13104-021-05869-1

    • NAID

      120007180348

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Strain heterogeneity and adaptive laboratory evolution of a cyanobacterium Synechococcus elongatus PCC 7942.2024

    • 著者名/発表者名
      Yu Kanesaki
    • 学会等名
      BioAnveshana-2024. International conference on Frontiers in Basic Biology, Biotechnology and Bioinformatics.
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Acaryochloris marina MBIC 11017 におけるプラスミドシャッフリングを介した光環境適応機構2024

    • 著者名/発表者名
      三宅敬太,樫本友則,松本直大,迫凌輔,佐藤繭子,豊岡公徳,兼崎友,岩崎渉,成川礼
    • 学会等名
      第65回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] スピルリナ強光培養後に観察されるアルカリバチルスの出現メカニズム解析2023

    • 著者名/発表者名
      駒形 遥、坂巻 裕、内田 小百合、浦井 誠、兼崎 友、朝井 計、渡辺 智
    • 学会等名
      日本微生物生態学会 第36回大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 静岡共同利用機器センターゲノム機能解析部の紹介2023

    • 著者名/発表者名
      兼崎 友
    • 学会等名
      静岡大学研究設備統括本部シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] スピルリナ強光培養後に観察されるアルカリバチルスの出現メカニズム解析2023

    • 著者名/発表者名
      駒形 遥、坂巻 裕、内田 小百合、浦井 誠、兼崎 友、朝井計、渡辺 智
    • 学会等名
      第21回 微生物研究会「微生物の進化、その産業応用」
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] プラスミドを介したシアノバクテリアAcaryochloris marina MBIC 11017の橙色光環境への適応2023

    • 著者名/発表者名
      三宅 敬太, 樫本 友則, 迫 凌輔, 松本 直大, 佐藤 繭子, 豊岡 公徳, 兼崎 友, 岩崎 渉, 成川 礼
    • 学会等名
      日本植物学会 第87回大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Genome analysis of the Antarctic cyanobacterium Nostoc sp. strain SO-36 which shows EPS production and a psychrotolerant phenotype.2023

    • 著者名/発表者名
      Devi B. Effendi, Toshio Sakamoto, Shuji Ohtani, Koichiro Awai, Yu Kanesaki
    • 学会等名
      The 9th International Symposium toward the Future of Advanced Researches in Shizuoka University
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 極限環境藻類ガルデリアのpHストレスに関する研究2023

    • 著者名/発表者名
      山内 あずさ、川島 玉稀、兼崎 友、渡辺 智
    • 学会等名
      日本農芸化学会2023年度大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] スピルリナ培養時に確認されたアルカリバチルスの出現メカニズム解析2023

    • 著者名/発表者名
      駒形 遥、坂巻 裕、内田 小百合、浦井 誠、兼崎 友、渡辺 智
    • 学会等名
      日本農芸化学会2023年度大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 極限環境藻類Cyanidium sp.のpHストレス応答に関する研究2023

    • 著者名/発表者名
      山内 あずさ、川島 玉稀、兼崎 友、渡辺 智
    • 学会等名
      日本ゲノム微生物学会 第17回年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] プラスミドを介したAcaryochloris marina MBIC 11017 の橙色光環境への適応2023

    • 著者名/発表者名
      三宅 敬太、樫本 友則、迫 凌輔、佐藤 繭子、豊岡 公徳、兼崎 友、岩崎 渉、成川 礼
    • 学会等名
      日本ゲノム微生物学会 第17回年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 単細胞紅藻ガルデリア、光合成をやめるとか、やめないとか2023

    • 著者名/発表者名
      兼崎 友
    • 学会等名
      第23回 静岡ライフサイエンスシンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 南極から単離されたシアノバクテリアNostoc sp. SO-36の低温耐性と細胞外多糖の関連性2022

    • 著者名/発表者名
      Effendi Devi B., 坂本 敏夫、大谷 修司、粟井 光一郎、兼崎 友
    • 学会等名
      藍藻の分子生物学2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] スピルリナ凝集体形成時に確認されたアルカリバチルス出現メカニズムの解析2022

    • 著者名/発表者名
      駒形 遥、内田小百合、坂巻 裕、浦井 誠、兼崎 友、渡辺 智
    • 学会等名
      藍藻の分子生物学2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] NIESコレクションのシアノバクテリアのゲノム解析の取り組み2022

    • 著者名/発表者名
      広瀬侑、大坪嘉行、三澤直美、米川千夏、長尾信義、志村遥平、藤澤貴智、兼崎友、加藤浩、片山光徳、山口晴代、吉川博文、池内昌彦、浴俊彦、中村保一、河地正伸
    • 学会等名
      藍藻の分子生物学2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Characterization of tRNA repertoires for the CGN codon family in Cyanidiophyceae organelles2022

    • 著者名/発表者名
      Ritsuho Yamakawa, Hikaru Sano, Yusuke Sugimoto, Yu Kanesaki, Kan Tanaka, Akiko Soma
    • 学会等名
      第23回日本RNA学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] NIES コレクションのシアノバクテリアのゲノム解析2021

    • 著者名/発表者名
      広瀬 侑、大坪 嘉行、三澤 直美、米川 千夏、長尾 信義、志村 遥平、藤澤 貴智、兼崎 友、加藤 浩、片山 光徳、山口 晴代、吉川 博文、池内 昌彦、浴 俊彦、中村 保一、河地 正伸
    • 学会等名
      第16回日本ゲノム微生物学会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-01-30  

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