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共生の第三の主役: 地衣類の共生細菌の役割を代謝ネットワークから解明する

研究課題

研究課題/領域番号 23K21330
補助金の研究課題番号 21H02547 (2021-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2021-2023)
応募区分一般
審査区分 小区分45030:多様性生物学および分類学関連
研究機関総合研究大学院大学

研究代表者

寺井 洋平  総合研究大学院大学, 統合進化科学研究センター, 准教授 (30432016)

研究分担者 荒川 那海  総合研究大学院大学, 統合進化科学研究センター, 特別研究員 (90844754)
仮屋園 志帆  総合研究大学院大学, 先導科学研究科, 特別研究員 (00815334)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
15,470千円 (直接経費: 11,900千円、間接経費: 3,570千円)
2024年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2023年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2022年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2021年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
キーワード地衣類 / 共生 / バクテリア / オミクス解析 / 代謝ネットワーク
研究開始時の研究の概要

サンゴや地衣類は共生する藻類から光合成産物を供給されて生育する2者の共生体だと長い間考えられてきた。しかし近年、これらに第三の構成員が存在することが明らかになってきが、その役割は不明であった。私たちは地衣類のハコネサルオガセの共生菌、共生藻、バクテリアから地衣体を再合成する系を用いて、各種オミクス解析を行い、構成員間の代謝ネットワークと、それぞれの第三の構成員の役割を解明することを目的とする。

研究実績の概要

サンゴや地衣類は共生する藻類から光合成産物を供給されて生育する2者の共生体だと長い間考えられてきた。しかし近年、これらに第三の構成員が存在することが明らかになってきが、その役割は不明であった。私たちは地衣類のハコネサルオガセの共生菌、共生藻、バクテリアから地衣体を再合成する系を用いて、バクテリアが地衣類の共生に必要であること発見した。また地衣類のイオウゴケが硫化水素依存的に生育し、硫化水素代謝に必要な遺伝子を持つ好酸性バクテリアが第三の構成員であることを明らかにした。地衣類の共生において構成員の関係は代謝物の提供と受け取りである。そのため、「代謝ネットワーク」を調べれば共生での役割を明らかにできる。そこで本研究では地衣類、ハコネサルオガセとイオウゴケを用いて各種オミクス解析を行い、構成員間の代謝ネットワークと、それぞれの第三の構成員の役割を解明することを目的とする。
本年度は、先進ゲノム支援の協力で行った解析により共生バクテリアのゲノムアッセンブルが大きく向上した。これにより、共生体内での構成員の比率が高解像度で明らかになった。また、部分的なアンプリコン解析により、イオウゴケの株間、もしくは地方集団間で藻類の系統もしくは種類が異なりことが明らかになった。藻類とは対照的に菌類とバクテリアは株間でも地方間でも保存されていた。これらも結果からイオウゴケでは菌類とバクテリアは入れ替え不可能な強い関係であるが、藻類は入れ替え可能な三者関係であることが明らかになってきた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

今年度は1) 先進ゲノム支援の協力もあり、イオウゴケの共生バックテリアのゲノムアッセンブルが大きく向上した。またアッセンブルでつなげるのが難しい高コピー遺伝子については、別途アッセンブルを行った2) 昨年度までに行った硫黄代謝物のメタボローム解析の結果とゲノムアッセンブルの結果から、硫化水素の代謝経路を予測を行った、3) 部分的なアンプリコン解析により、藻類は株間や地域集団間で、系統や種類が異なるが、菌類と藻類は地域集団の分化はあるがこれら2つの共生構成員が保存されていることを明らかにした。これらのことからイオウゴケの構成員は硫化水素利用のための菌類とバクテリアの結びつきが非常に強く、光合成を行う構成員の藻類は入れ替え可能であるという、共生体の三者関係の全体像が明らかになってきた。この成果は高く評価できる。
ハコネサルオガセに関しては、菌類と藻類の単独培養株から生育させた再合成共生体が夏場のインキュベーターの故障により全滅したため研究の遅れが出てしまった。再合成共生体は生育に少なくとも3ヶ月以上かかるため、研究に遅れが出ている。以上のことより、夏場のインキュベーターの故障によりハコネサルオガセの研究が遅延したが、イオウゴケの研究が順調に進んでいることから、概ね順調に進んでいると評価している。

今後の研究の推進方策

2024年度は、イオウゴケの採集を行い、藻類のアンプリコン解析、トランスクリプトーム解析、硫黄代謝物解析、プロテオーム解析を行う予定である。これらの解析により、代謝経路と硫黄酸化物のプロテオームから予測した硫化水素代謝経路をさらに明らかにできると期待している。また、イオウゴケの外群も含めて菌類と藻類のゲノムを詳細に解析することにより、硫化水素代謝の経路の獲得が共生体の構成員のゲノムどのように影響を与えたかを明らかにできる。再合成株の培養が遅れたハコネサルオガセについては共生体にバクテリアがいる場合と、いない場合で再合成株の形質に違いがあることが見出されたので、これらを数値化し有意に再合成株が異なることを起きらかにする。また、この形質の違いがどのような遺伝子発現の変化、タンパク質量の変化、代謝物の量の変化によるかを調べるため、各種オミクス解析を続ける予定である。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うちオープンアクセス 3件、 査読あり 2件) 学会発表 (3件) (うち招待講演 1件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] The third symbiotic partner of the volcano lichen<i>Cladonia vulcani</i>Savicz drove adaptation to an extreme environment2023

    • 著者名/発表者名
      Kono Mieko、Terai Yohey
    • 雑誌名

      bioRχiv

      巻: -

    • DOI

      10.1101/2023.04.05.535799

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Parallel evolution of opsin visual pigments in hawkmoths by tuning of spectral sensitivities during transition from a nocturnal to a diurnal ecology2022

    • 著者名/発表者名
      Akiyama Tokiho、Uchiyama Hironobu、Yajima Shunsuke、Arikawa Kentaro、Terai Yohey
    • 雑誌名

      Journal of Experimental Biology

      巻: 225 号: 23

    • DOI

      10.1242/jeb.244541

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of Genetic Markers for Sex and Individual Identification of the Japanese Giant Flying Squirrel (Petaurista leucogenys) by an Efficient Method Using High-Throughput DNA Sequencing2022

    • 著者名/発表者名
      Sugita Aki、Shigeta Mayumi、Tamura Noriko、Okazaki Hiroyuki、Kutsukake Nobuyuki、Terai Yohey
    • 雑誌名

      Zoological Science

      巻: 40 号: 1

    • DOI

      10.2108/zs220045

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] ifferences in degree of specificity and selectivity among the three symbiotic partners of the lichen Cladonia vulcani Savicz.2023

    • 著者名/発表者名
      河野美恵子, 田辺秀之, 寺井洋平
    • 学会等名
      日本進化学会第25回沖縄大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 地衣類イオウゴケの化学合成共生系の確立と極限環境への適応2022

    • 著者名/発表者名
      河野美恵子、田辺秀之、寺井洋平
    • 学会等名
      日本進化学会第24回沼津大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 共生バクテリアから明らかになったイオウゴケの適応戦略2022

    • 著者名/発表者名
      河野美恵子、田辺秀之、寺井洋平
    • 学会等名
      日本地衣学会第21回大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] 種分化と適応の機構の研究の紹介

    • URL

      http://adaptive-speciation.com/

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 適応と種分化の研究紹介

    • URL

      http://adaptive-speciation.com/

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

URL: 

公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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