| 研究課題/領域番号 |
15H05605
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| 研究機関 | 国立研究開発法人海洋研究開発機構 |
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研究代表者 |
宮本 教生 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海洋生命理工学研究開発センター, 研究員 (20612237)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 進化 / 共生 / 深海 / 細菌 / ホネクイハナムシ / ゲノム / 発生 |
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| 研究実績の概要 |
深海は生物学において残されたフロンティアの一つであり，生命がその特殊な環境にいかに適応してきたのかを明らかとすることは，生物の進化可能性を明らかとする上で重要である．本研究は”根”という新奇形質を獲得し，さらに細菌と新たな共生関係を結ぶことで，脊椎動物の骨という他の生物が利用出来ない資源に進出したホネクイハナムシをモデルとして，動物が新たな環境へと適応することを可能にした分子基盤を解明することを目的とする．具体的には宿主であるホネクイハナムシと共生細菌のゲノムやトランスクリプトーム情報から，ホネクイハナムシ-細菌共生系における代謝経路や生理機能を明らかとするとともに，ホネクイハナムシによる脊椎動物の骨消化吸収メカニズムを解明する．平成27年度はホネクイハナムシゲノムのシーケンスを行うとともに，アセンブル，遺伝子モデル作成などの情報解析を遂行した．また組織や発生過程特異的なトランスクリプトーム解析を進めた．その結果骨の消化に関与すると考えられる消化酵素遺伝子が多様化していること，それらの多くが根で特異的に発現していることなどを明らかとした．また消化した栄養素の吸入に関与していると考えられるトランスポーター遺伝子も同様に根の表皮で発現していた．また一部のトランスポーター遺伝子は共生細菌の局在する菌細胞においても発現しており，ホネクイハナムシと共生細菌間での栄養素の輸送に関与している可能性が示唆された．以上に関与する成果の一部は学会で発表するとともに，国際誌に投稿中である．
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| 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
平成27年度は主に以下の２点について解析を行った．①宿主であるホネクイハナムシのゲノム解読のため，Illmina社のMiseqを用いてPaired-end, Mate-pairライブラリのシーケンスを行った．シーケンス情報を用いてアセンブルを行い，scaffold N50 約150kbpという結果を得た．その結果を用いて現在は遺伝子モデルの予測，遺伝子のアノテーションなどの情報解析を進めている．②トランスクリプトームを解析し，様々な組織で発現している遺伝子のリストや，各組織に特異的に発現している遺伝子セットなどをカタログ化した．その結果，細胞外マトリクスを分解する機能を持つ Matrix metalloproteinase をコードする遺伝子がホネクイハナムシにおいて多様化していること，そしてその多くが根で発現していることが明らかとなった．またその他様々な消化酵素も根で発現していた．また栄養素の吸収や生体内での輸送に関与するトランスポーター遺伝子も根の表皮で発現していた．これらの結果は根の表皮が脊椎動物の骨の消化と吸収を担っていることを示唆している．またトランスポーター遺伝子は，共生細菌が局在する菌細胞においても発現しており，ホネクイハナムシと共生細菌間における代謝相互作用の存在を示唆している．
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| 今後の研究の推進方策 |
平成28年度は以下の２項目について研究を進める．
１）ホネクイハナムシゲノムの情報解析：平成27年度の研究によって得られた遺伝子モデルとアノテーション結果をもちいて，ホネクイハナムシの代謝経路を明らかとするとともに，共生細菌ゲノムとの比較により，ホネクイハナムシ-細菌共生系全体での代謝経路を解明する．特にアミノ酸合成や脂質，ビタミン等の代謝経路に関連する遺伝子やそれらの輸送に係わるトランスポーター遺伝子についてはより詳細にマッピングを行う．また現在解析中の標準化ライブラリをもちいたトランスクリプトームに加え，組織や発生段階をより細分化した定量的トランスクリプトームのシーケンスを行い，上記の代謝関連遺伝子がどの組織でどれだけ発現しているのかを明らかとする．
２）骨消化に関わる遺伝子の分子進化：トランスクリプトーム解析の結果，骨に含まれる細胞外マトリックスの主要成分であるコラーゲンを分解する酵素であるMatrix Metalloproteinase (MMP) がホネクイハナムシにおいて多数存在していることが明らかとなった．これはホネクイハナムシの系統において，MMP遺伝子の重複とその後の突然変異の蓄積によるものと考えられる．平成28年度は，各MMP遺伝子の全長配列に基づいた分子系統解析や染色体上での並びなどをもちいて，MMP遺伝子がホネクイハナムシのゲノム上でどのように進化したのを解明する．
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