中等度好熱菌に比肩する高温耐性を獲得した常温性シアノバクテリア突然変異株の解析

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15K07368
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 兼崎 友 静岡大学, グリーン科学技術研究所, 特任助教 (70380293)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: シアノバクテリア / 適応進化 / 高温ストレス / NGS / 長期培養

研究実績の概要

Synechococcus elongatus PCC 7942は常温性のシアノバクテリアであり、その生育上限温度は43℃である。バクテリアのゲノムには容易に突然変異が生じるが、この突然変異の累積によりバクテリアの生育限界がどこまで変化可能なのかは、生物のゲノムの持つポテンシャルや環境ストレスへの適応能を理解する上でに非常に興味深い。本研究においては、選択圧をかけ続けた長期高温適応進化実験により突然変異を累積させ、常温性シアノバクテリアから好熱性シアノバクテリアのような中等度好熱菌の定義を満たせるほどの高温適応進化株の作出が可能なのか、という命題に挑み、藻類の高温適応の分子機構の理解を目指した。
長期高温順化試験により、生育上限温度が段階的に上昇したシアノバクテリアSynechococcus elongatus PCC 7942の高温耐性変異株群を取得した。前年度までの次世代シーケンサーを用いた全ゲノムリシーケンス解析と相同組換えを用いた遺伝子破壊実験により、長期高温培養の初期段階で発生した２つの変異がこの株ラインの高温適応に重要であることが明らかになった。今年度は、さらにその後も高温培養を継続して生育上限温度が上昇した株についてもリシーケンス解析を実施し、20箇所以上の変異が追加で生じていることを確認した。また、細胞構造レベルからこれらの株の違いを検証するために電子顕微鏡解析を実施したところ、野生株は高温ではチラコイド膜などの細胞構造の乱れや分裂異常による細胞伸長が観測できるが、本研究で作出した高温適応株ではそのような異常が見られないなど高温ストレスへの適応が進んでいることが明らかになった。

研究成果

• [国際共同研究] University of Freiburg(Germany)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: University of Freiburg
• [雑誌論文] Transcriptional activation of glycogen catabolism and oxidative pentose phosphate pathway by NrrA facilitates cell survival under nitrogen starvation in the cyanobacterium Synechococcus sp. strain PCC 7002. (2018)
  • 著者名/発表者名: Shimmori Y, Kanesaki Y, Nozawa M, Yoshikawa H, and Ehira S.
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy059
  • 査読あり
• [雑誌論文] Complete Genome Sequence of the Nonheterocystous Cyanobacterium Pseudanabaena sp. ABRG5-3. (2018)
  • 著者名/発表者名: Tajima N, Kanesaki Y, Sato S, Yoshikawa H, Maruyama F, Kurokawa K, Ohta H, Nishizawa T, Asayama M, and Sato N.
  • 雑誌名: Genome Announcements 巻: 6 ページ: e01608-17.
  • DOI: 10.1128/genomeA.01608-17
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Draft Genome Sequence of the Nitrogen-Fixing and Hormogonia-Inducing Cyanobacterium Nostoc cycadae Strain WK-1, Isolated from the Coralloid Roots of Cycas revoluta. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kanesaki Y, Hirose M, Hirose Y, Fujisawa T, Nakamura Y, Watanabe S, Matsunaga S, Uchida H, and Murakami A.
  • 雑誌名: Genome Announcements 巻: 6 ページ: e00021-18
  • DOI: 10.1128/genomeA.00021-18
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mutations responsible for alcohol tolerance in the mutant of Synechococcus elongatus PCC 7942 (SY1043) obtained by single-cell screening system. (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirokawa Y, Kanesaki Y, Arai S, Saruta F, Hayashihara K, Murakami A, Shimizu K, Honda H, Yoshikawa H, and Hanai T
  • 雑誌名: Journal of Bioscience and Bioengineering 巻: 125 ページ: 572-577
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2017.11.012
  • 査読あり
• [雑誌論文] ParA-like protein influences the distribution of multi-copy chromosomes in cyanobacterium Synechococcus elongatus PCC 7942. (2018)
  • 著者名/発表者名: Watanabe S, Noda A, Ohbayashi R, Uchioke K, Kurihara A, Nakatake S, Morioka S, Kanesaki Y, Chibazakura T, and Yoshikawa H.
  • 雑誌名: Microbiology 巻: 164 ページ: 45-56
  • DOI: 10.1099/mic.0.000577
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of mycosporine-like amino acids in the cyanobacterium Nostoc verrucosum. (2018)
  • 著者名/発表者名: Inoue-Sakamoto K, Nazifi E, Tsuji C, Asano T, Nishiuchi T, Matsugo S, Ishihara K, Kanesaki Y, Yoshikawa H, and Sakamoto T
  • 雑誌名: Journal of General and Applied Microbiology 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.2323/jgam.2017.12.003.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An acidophilic green algal genome provides insights into adaptation to an acidic environment. (2017)
  • 著者名/発表者名: Hirooka S, Hirose Y, Kanesaki Y, Higuchi S, Fujiwara T, Onuma R, Era A, Ohbayashi R, Uzuka A, Nozaki H, Yoshikawa H, and Miyagishima SY.
  • 雑誌名: Proceedings of National Academy of Science U.S.A. 巻: 114 ページ: E8304-E8313
  • DOI: 10.1073/pnas.1707072114
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] シアノバチルスにおけるシアノバクテリア遺伝子大規模発現の試み (2018)
  • 著者名/発表者名: 美田 知也, 細村 匡太郎, 渡辺 智, 兼崎 友, 板谷 光泰, 朝井 計, 吉川 博文
  • 学会等名: 日本農芸化学会2018年度大会
• [学会発表] クロロフィルdをもつシアノバクテリアAcaryochloris marina の橙色光への順化・適応機構の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 樫本友則, 兼崎友, 佐藤繭子, 渡邉麻衣, 渡辺智, 豊岡公徳, 池内昌彦, 成川礼
  • 学会等名: 第12回日本ゲノム微生物学会年会
• [学会発表] 網羅ゲノムシークエンスによるシアノバクテリアの補色応答の多様性の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 広瀬侑, 米川千夏, 藤澤貴智, 志村遥平, 兼崎友, 渡辺麻衣, 中村保一, 河地正伸, 池内昌彦, 浴俊彦
  • 学会等名: 第12回日本ゲノム微生物学会年会
• [学会発表] シアノバクテリアSynechocustis sp PCC 6803 における複製開始機構の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山﨑 脩平, 大林龍胆, 松根 かおり, 兼崎 友, 渡辺 智
  • 学会等名: 第12回日本ゲノム微生物学会年会
• [学会発表] シアノバクテリアSynechocystis sp. PCC 6803 におけるRecA タンパク質の機能解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 青柳 智大, 栗原 亜実, 大林龍胆, 兼崎 友, 渡辺 智
  • 学会等名: 第12回日本ゲノム微生物学会年会
• [学会発表] Synechocystis sp. PCC6803 のSll0914欠損株は酸性ストレスに感受性を示す (2018)
  • 著者名/発表者名: 中原 凌波, 石川 晴菜, 板垣 文子, 甲賀 栄貴, 兼崎 友, 吉川 博文, 内山純爾, 太田尚孝
  • 学会等名: 第12回日本ゲノム微生物学会年会
• [学会発表] 陸棲シアノバクテリアであるイシクラゲ（Nostoc commune）のゲノム解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 加藤 浩, 広瀬 侑, 兼崎 友, 藤澤 貴智, 中村 保一, 吉川 博文
  • 学会等名: 第12回日本ゲノム微生物学会年会
• [学会発表] 有用微生物のゲノム解析実績と予想される今後の展開 (2018)
  • 著者名/発表者名: 兼崎 友
  • 学会等名: 東京農業大学生物資源ゲノム解析センター 2017年度シンポジウム 「生命科学と情報科学の融合による農学研究の拠点形成」
  • 招待講演
• [学会発表] マルチコピーゲノムの複製制御機構からゲノムの存在意義を探る (2017)
  • 著者名/発表者名: 大林龍胆, 兼崎友, 渡辺智, 吉川博文, 宮城島進也
  • 学会等名: 藍藻の分子生物学会2017
• [学会発表] 非窒素固定型シアノバクテリアの窒素飢餓適応における糖異化の役割 (2017)
  • 著者名/発表者名: 新森友香, 兼崎 友, 吉川博文, 得平茂樹
  • 学会等名: 藍藻の分子生物学会2017
• [学会発表] 遠赤色光吸収クロロフィルdを持つシアノバクテリアAcaryochloris marinaの光質感知・順化・適応機構の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 樫本 友則, 兼崎 友, 佐藤 繭子, 伏見 圭司, 池内 昌彦, 豊岡 公徳, 渡辺 智, 成川 礼
  • 学会等名: 日本植物学会第81回大会
• [学会発表] 新奇糸状性シアノバクテリアのSigB 相同性因子の特徴付けと発現解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 菅原 卓也, 鎭西 真理子, 川又 透, 田島 直幸, 兼崎 友, 中平 洋一, 吉川 博文, 佐藤 直樹, 朝山 宗彦
  • 学会等名: 第69回日本生物工学会大会
• [学会発表] シアノバクテリアにおける高温適応進化実験の試み (2017)
  • 著者名/発表者名: 兼崎 友, 樋山 智恵美, 宮澤 和己, 渡辺 智, 吉川 博文
  • 学会等名: 環境微生物系学会合同大会2017
• [学会発表] 長期高温培養によるシアノバクテリア新規高温適応株の取得 (2017)
  • 著者名/発表者名: 兼崎 友, 樋山 智恵美, 宮澤 和己, 渡辺 智
  • 学会等名: NGS現場の会 第五回研究会