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ゲノム倍数性がもたらす進化可能性~揺らぎと安定性の両立~

公募研究

研究領域進化の制約と方向性 ~微生物から多細胞生物までを貫く表現型進化原理の解明~
研究課題/領域番号 18H04827
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
研究機関東京工業大学 (2019)
東京大学 (2018)

研究代表者

大林 龍胆  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 特任助教 (90778333)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
10,790千円 (直接経費: 8,300千円、間接経費: 2,490千円)
2019年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2018年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
キーワードゲノム複製 / シアノバクテリア / ゲノム倍数性 / ゲノム遺伝 / 進化 / 葉緑体 / 染色体倍数性 / ゲノム重複
研究実績の概要

ゲノム倍数化は、現存する様々な生物種において観測される形質である。古くから倍数体生物は環境変動などへの適応能力が高いことが示唆されているが、その基本原理の解明には至っていない。大野乾のゲノム重複説によれば、ゲノムの倍数化により冗長性がもたらされ、元々の遺伝子の機能を保持したまま重複した遺伝子の機能が改変され、新規形質の進化が促進されうる。他方、進化速度を考えた場合、1細胞あたりのゲノムのコピー数が多い場合、1つのゲノムに変異が入ってもその効果が弱められる、つまり表現型の揺らぎが小さくなるため、進化速度は遅くなりうる。本研究では、この一見矛盾するゲノム倍数性の進化に対する影響を、実験と理論の両面から定量的に捉え、ゲノム倍数化と進化の関に存在する普遍原理の解明を目指す。
昨年度は以下の2項目において研究を実施した。
(1)複数コピーゲノムの遺伝様式の解析
進化可能性を解明するためには、変異がすべてのゲノムに固定される速度を定量する必要がある。そこで、複数コピーゲノムのうちどのゲノムを複製し、どのゲノムを遺伝するのかを詳細に解析するため、1細胞イメージング系を確立し染色体トラッキングをおこなった。その結果、ゲノム複製の選択性はなく、ほぼランダムに選択されることがわかってきた。さらに、このランダムな複製、遺伝においても、わずか約5世代で8割の細胞はどれかひとつのゲノムに固定されることも明らかになった。
(2)ゲノム倍数化の分子基盤
そもそもなぜ倍数化するのかという分子基盤を理解するため、様々な倍数性を持つシアノバクテリアを用いて解析した。その結果、倍数性が多いシアノバクテリアは、バクテリア型の複製機構とは別の新規なゲノム複製機構を持つことが示唆された。この結果は複製開始機構の進化によって、1細胞分裂あたりの複製回数が変化したことが考えられ、倍数化との因果関係が示唆された。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2020 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (10件) (うち招待講演 6件) 備考 (2件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Specific binding of DnaA to the DnaA box motif in the cyanobacterium <i>Synechococcus elongatus</i> PCC 79422020

    • 著者名/発表者名
      Satoru Watanabe, Shunsuke Saito, Yasuhiro Suezaki, Takeshi Seguchi, Ryudo Ohbayashi
    • 雑誌名

      The Journal of General and Applied Microbiology

      巻: 66 号: 2 ページ: 80-84

    • DOI

      10.2323/jgam.2019.11.005

    • NAID

      130007855494

    • ISSN
      0022-1260, 1349-8037
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Evolutionary Changes in DnaA-Dependent Chromosomal Replication in Cyanobacteria2020

    • 著者名/発表者名
      Ohbayashi Ryudo、Hirooka Shunsuke、Onuma Ryo、Kanesaki Yu、Hirose Yuu、Kobayashi Yusuke、Fujiwara Takayuki、Furusawa Chikara、Miyagishima Shin-ya
    • 雑誌名

      Frontiers in Microbiology

      巻: 11 ページ: 786-786

    • DOI

      10.3389/fmicb.2020.00786

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Coordination of Polyploid Chromosome Replication With Cell Size and Growth in a Cyanobacterium.2019

    • 著者名/発表者名
      Ohbayashi R, Nakamachi A, Hatakeyama TS, Watanabe S, Kanesaki Y, Chibazakura T, Yoshikawa H, Miyagishima SY.
    • 雑誌名

      mBio

      巻: 10 号: 2

    • DOI

      10.1128/mbio.00510-19

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Integration of a Galdieria plasma membrane sugar transporter enables heterotrophic growth of the obligate photoautotrophic red alga Cynanidioschyzon merolae2019

    • 著者名/発表者名
      Fujiwara Takayuki、Hirooka Shunsuke、Mukai Mizuna、Ohbayashi Ryudo、kanesaki Yu、Watanabe Satoru、Miyagishima Shin-ya
    • 雑誌名

      Plant Direct

      巻: 3 号: 4

    • DOI

      10.1002/pld3.134

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Direct Visualization of the Multicopy Chromosomes in Cyanobacterium Synechococcus elongatus PCC 79422018

    • 著者名/発表者名
      Ohbayashi Ryudo、Yoshikawa Hirofumi、Watanabe Satoru
    • 雑誌名

      BIO-PROTOCOL

      巻: 8 号: 15

    • DOI

      10.21769/bioprotoc.2958

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Replication and inheritance mechanism of multi-copy genomes in bacteria and organelle2020

    • 著者名/発表者名
      Ryudo Ohbayashi
    • 学会等名
      第43回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] シアノバクテリアでは染色体複製におけるDnaA非依存への進化は複数回独立に起きている2020

    • 著者名/発表者名
      大林龍胆、廣岡俊亮、大沼亮、広瀬侑、兼崎友、古澤力、宮城島進也
    • 学会等名
      第14日本ゲノム微生物学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] シアノバクテリアの染色体複製におけるDnaA依存性進化2019

    • 著者名/発表者名
      大林龍胆、廣岡俊亮、大沼亮、広瀬侑、兼崎友、宮城島進也
    • 学会等名
      第43回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 倍数ゲノムの複製、遺伝様式から紐解くシアノバクテリアの進化可能性2019

    • 著者名/発表者名
      大林龍胆
    • 学会等名
      藍藻の分子生物学2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 複数コピー染色体において複製システムが及ぼす進化可能性2019

    • 著者名/発表者名
      大林龍胆
    • 学会等名
      第13回日本ゲノム微生物学会若手の会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Impact of polyploidy on the evolutionary rate2019

    • 著者名/発表者名
      Ryudo Ohbayashi, Tetsuhiro S Hatakeyama
    • 学会等名
      第56回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 複数コピー染色体の複製、遺伝様式2019

    • 著者名/発表者名
      大林龍胆、畠山哲央、宮城島進也
    • 学会等名
      第13回日本ゲノム微生物学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 遺伝様式から考えるゲノム倍数性がもたらす進化可能性2018

    • 著者名/発表者名
      大林龍胆
    • 学会等名
      生命科学系フロンティアミーティング2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 細胞の成長に相関した複数コピー染色体の複製制御機構とその普遍性2018

    • 著者名/発表者名
      大林龍胆、宮城島進也
    • 学会等名
      日本遺伝学会第90回大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ゲノム倍数性が及ぼす進化可能性~実験的検証の試み~2018

    • 著者名/発表者名
      大林龍胆、畠山哲央
    • 学会等名
      日本進化学会第20回大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] 大林龍胆のホームページ

    • URL

      https://ryudoohbayashi.wixsite.com/website

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] バクテリアにおける多コピーゲノムの複製制御と意義

    • URL

      https://www.nig.ac.jp/nig/ja/2019/05/research-highlights_ja/rh20190531-2.html

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [産業財産権] 芳香族系化合物を生産する方法2019

    • 発明者名
      蓮沼誠久、大林龍胆、蘆田弘樹
    • 権利者名
      蓮沼誠久、大林龍胆、蘆田弘樹
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2019-101419
    • 出願年月日
      2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

URL: 

公開日: 2018-04-23   更新日: 2024-12-25  

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