土壌中での難分解性化合物分解遺伝子群の動態と動態を利用した環境浄化細菌育種

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12558065
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 津田 雅孝 東北大学, 大学院・生命科学研究科, 教授 (90172022)
• 研究分担者: 南澤 究 東北大学, 大学院・生命科学研究科, 教授 (70167667)
• キーワード: 難分解性化合物分解 / 分解遺伝子群 / トランスポゾン / 遺伝学的相補 / 微生物分子生態学 / 環境浄化細菌分子育種 / 微生物遺伝資源

研究概要

土壌細菌がもつ各種の難分解性芳香族化合物分解能に関わる遺伝子群は伝達性プラスミドやトランスポゾン上に担われることが多く、これら可動遺伝因子の動的挙動が、分解遺伝子群の広範な細菌種への水平伝播による拡散・流布と、分解菌の新規分解能獲得に深く関与している。本研究の目的は、当該遺伝子群に関する動態を司る分子機構と生態系での動態の解明、この動態を積極的に利用した環境浄化細菌株の分子育種法の確立であり、本年度は以下の成果を得た。
1.シュードモナス属細菌IncP7グループの薬剤耐性プラスミドRms148上の12.7kb領域はII型トランスポゾンTn4661であり、その転移関連遺伝子群がトルエン分解トランスポゾンTn4651のそれらと高い構造的相同性並びに機能的互換性を有することを示した。両トランスポゾン間では、転移関連遺伝子以外の領域に構造的相同性は認められなかった。
2.ナフタレン分解トランスポゾンTn4655の全塩基配列を決定した。この結果、39kbの本トランスポゾンの両端はTn21型トランスポゾンの当該領域と高い相同性を有していたが、本領域とナフタレン分解(nah)遺伝子群以外の部分には幾種かのトランスポゾンの転移関連遺伝子の痕跡が認められ、Tn4655は、その祖先への複数のトランスポゾンの挿入とその再編成を経て形成されたことが判明した。
3.2種のハロ酢酸デハロゲナーゼ遺伝子を担うTn21型トランスポゾンTnHad2はプラスミドpUO1上に存在する。pUO1全塩基配列の決定から、67kbの本プラスミドは広宿主域伝達性のIncPβグループに属することが判明した。また、TnHad2の転移には、IRの最外側から2番目のG残基の存在が必須で、最外側のG残基の存在は必須でないことを示した。
4.pAO131-1は、土壌試料から直接調製した長鎖DNAを含む組換えプラスミドで、Tn4655のnahF突然変異を機能的に相補した。pAO131-1上には既知nahFと相同性を示す遺伝子は存在せず、本プラスミド上でABCトランスポータータンパク質と高い相同性があるORF産物がnahF突然変異の機能的相補に関与したと結論した。

研究成果

• [文献書誌] Masahiro Sota: "Characterization of a class II defective transposon carrying two haloacetate dehalogenase genes from Delftia acidovorans plasmid pUO1"Applied and Environmental Microbiology. 68. 2307-2315 (2002)
• [文献書誌] Hiroyuki Sawada: "Phylogenomic study of the OCTase genes in Pseudomonas syringae pathovars : horizontal transfer of argK-tox cluster and the evolutionary history of OCTase genes on their genomes"Journal Molecular Evolution. 54. 437-457 (2002)
• [文献書誌] Kiwamu Minamisawa: "Horizontal transfer of nodulation genes in soil and microcosm from Bradyrhizobium japonicum to B. elkanii"Microbes and Environment. 17. 82-90 (2002)
• [文献書誌] Michal Bohac: "Halide-stabilizing residues of haloalkane dehalogenases studied by quantum mechanic calculations and site-directed mutagenesis"Biochemistry. 41. 14272-14280 (2002)
• [文献書誌] Hiroyuki Genka: "Site-specific recombination system encoded by toluene catabolic transposon Tn4651"Journal of Bacteriology. 184. 4757-4767 (2002)
• [文献書誌] Harunobu Komatsu: "Distribution and organization of auxotrophic genes on the multichromosomal genome of Burkholderia multivorans ATCC17616"Journal of Bacteriology. 185(in press). (2003)