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2019 年度 実施状況報告書

海洋原生生物に共生する細菌多様性の実態解明

研究課題

研究課題/領域番号 18KK0203
研究機関筑波大学

研究代表者

稲垣 祐司  筑波大学, 計算科学研究センター, 教授 (50387958)

研究分担者 石谷 佳之  筑波大学, 計算科学研究センター, 研究員 (60772043)
中山 卓郎  東北大学, 生命科学研究科, 助教 (70583508)
矢吹 彬憲  国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境部門(海洋生物環境影響研究センター), 研究員 (20711104)
研究期間 (年度) 2018-10-09 – 2023-03-31
キーワード原生生物-細菌共生系 / 細胞内共生 / 生物多様性 / 海洋生態系 / 生態地理
研究実績の概要

2019年5月に、石谷が台湾・緑島でのサンプリング調査を行った。この調査で多種類の有孔虫・放散虫のサンプリングを行い、培養実験を行った。その結果、Allogromia sp.の培養株の作製に成功した。現在実験室内で継代培養に成功した。Allogromiaは有孔虫進化中で最も初期に分岐した系統であり、有孔虫初期進化を解明する上で重要である。またAllogromia細胞内には細菌が共生しているとの顕微鏡観察結果が報告されているが、共生細菌の詳細は不明のままである。
我々の知る限りこれまでAllogromiaの実験室内培養に成功した例はなく、この培養株はこれまで遅れていた当該生物種のゲノム・トランスクリプトーム解析、共生細菌のゲノム解析への道を拓くことになる。
中山と稲垣は、外洋性渦鞭毛藻Ornithocercus magnificusの細胞外構造中に共生するシアノバクテリア(OmCya)のゲノムを決定した。系統解析ではOmCyaが新奇海洋シアノバクテリア系統であること、メタゲノム解析では宿主渦鞭毛藻とOmCyaは緊密に共存し全球的分布を示すことが判明した。従って、従来のメタゲノム解析では、渦鞭毛藻と共生するOmCyaは見過ごされていたと考えられる。遺伝子レパートリーの比較により、OmCyaは近縁な自由生活性シアノバクテリアに比べゲノム縮退が進んでいることが判明した。
O. magnificusと同様に、外洋性渦鞭毛藻Histioneis depressaも細胞外構造中に共生細菌を保持している。我々はこの渦鞭毛藻から共生細菌を単離し、ゲノム増幅を行った後にシーケンス解析を開始した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

2019年9月にVillefranche-sur-Mer(フランス)にて、本研究計画のパートナーであるロスコフ海洋研究所(フランス)・Columban de Vargas博士との共同サンプリング調査を計画していたが、先方の都合により調査が2020年2-3月に変更となった。しかしCOVID-19のパンデミックにより本調査は中止となった。
フランスでのサンプリング調査は中止となったが、2019年5月には石谷が台湾・緑島において有孔虫と放散虫のサンプリング調査を行った。その結果Allogromia培養株を確立したことは、今後の研究にとって極めて有意義である。また矢吹は定期的に江ノ島水族館とその周辺においてディプロネマ類のサンプリング調査を行い、ディプロネマ類培養株27株を確立した。
これまで中山が主導し外洋性渦鞭毛藻の細胞外構造中に共生する細菌のゲノム解析を行ってきた。この最初の成果として渦鞭毛藻O. magnificusに共生するシアノバクテリアのゲノムを解読し、アメリカ科学アカデミー紀要に発表した。この研究成果は大きな注目を集め、論文と同時にDalhousie大学(カナダ)・John Archibald博士の解説記事が掲載され、渦鞭毛藻の写真が雑誌カバーに選ばれた。渦鞭毛藻Histioneis depressaの共生細菌ゲノム解析を開始した。

今後の研究の推進方策

COVID-19の感染状況によるが、2019年度に中止せざるを得なかったVillefranche-sur-Mer(フランス)におけるサンプリング調査を実施する。ただしロスコフ海洋研究所チームと調査時期をすり合わせる必要がある。共同でのサンプリング調査可能な時期が研究対象生物種の出現時期と合致しない場合、調査は2021年度以降に延期せざるを得ない。
2020年度には、沖縄における放散虫サンプリングは実施しない。少なくとも2020年前半では関東圏から沖縄に調査旅行が許されるほどCOVID-19は収束しないと考えられる。従って早くとも2020年度後半にならないと沖縄のサンプリング調査は行い得ないが、放散虫が大量発生する時期からは外れてしまうためである。筑波大学下田臨海実験センターを起点としたサンプリング調査は、COVID-19の感染状況に留意しながら、2020年度後半に実施する。
昨年度から開始した渦鞭毛藻Histioneis depressaの共生細菌ゲノム解析を引き続き行う。ゲノムデータを解析することで、共生細菌の分類、渦鞭毛藻-細菌間の共生関係はどのような基盤の上に成り立っているのか、共生細菌の宿主へどの程度依存しているのか、共生細菌ゲノムに縮小圧がかかっているのか、全球的分布を示すのか等を解明する。
2019年度に矢吹が確立したディプロネマ類培養株に対して顕微鏡観察を行い、詳細な種同定と共生細菌の有無を確認する。
有孔虫Ammoniaの共生細菌のゲノムシーケンスを引き続き行う。ゲノムシーケンスが得られた細菌が、実際に有孔虫細胞内に存在するかをin situハイブリダイゼーションにより検証する。また有孔虫Allogromia sp.のゲノムシーケンスを実施する。

次年度使用額が生じた理由

2018年にロスコフ海洋研究所チームと計画した地中海でのサンプリング調査は、先方の都合で翌年に延期となった。しかしフランスを含めた全世界でのCOVID-19パンデミックにより2019年度の調査は中止となった。このサンプリング調査費とそれに関連した経費を2020年度に持ち越すことになった。
現在のところCOVID-19が収束し、フランスでのサンプリング調査が可能になるのが何時になるのか不明である。しかし、繰越した予算は2020年度後半に計画しているサンプリング調査の費用に充てる予定である。

  • 研究成果

    (30件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 3件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (22件) (うち国際学会 7件、 招待講演 4件)

  • [国際共同研究] ロスコフ海洋研究所(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      ロスコフ海洋研究所
  • [雑誌論文] Inventory and Evolution of Mitochondrion-localized Family A DNA Polymerases in Euglenozoa2020

    • 著者名/発表者名
      Ryo Harada, Yoshihisa Hirakawa, Akinori Yabuki, Yuichiro Kashiyama, Moe Maruyama, Ryo Onuma, Petr Soukal, Shinya Miyagishima, Vladimir Hampl, Goro Tanifuji, Yuji Inagaki,
    • 雑誌名

      Pathogens

      巻: 9 ページ: 257

    • DOI

      10.3390/pathogens9040257

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Dinoflagellates with relic endosymbiont nuclei as models for elucidating organellogenesis2020

    • 著者名/発表者名
      Chihiro Sarai, Goro Tanifuji, Takuro Nakayama, Ryoma Kamikawa, Kazuo Takahashi, Euki Yazaki, Eriko Matsuo, Ken-ichiro Ishida, Mitsuhisa Iwataki, Yuji Inagaki
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America

      巻: 117 ページ: 5364-5375

    • DOI

      10.1073/pnas.1911884117

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Comparative plastid genomics of Cryptomonas species reveals fine-scale genomic responses to loss of photosynthesis2020

    • 著者名/発表者名
      Goro Tanifuji, Ryoma Kamikawa, Christa E Moore, Tyler Mills, Naoko T Onodera, Yuichiro Kashiyama, John M Archibald, Yuji Inagaki, Tetsuo Hashimoto
    • 雑誌名

      Genome Biology and Evolution

      巻: 12 ページ: 3926-3937

    • DOI

      10.1093/gbe/evaa001

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Barthelonids represent a deep-branching Matamonad clade with mitochondrion-related organelles generating no ATP2019

    • 著者名/発表者名
      Euki Yazaki, Keitaro Kume, Takashi Shiratori, Yana Eglit, Ryo Harada, Alastair GB Simpson, Ken-ichiro Ishida, Tetsuo Hashimoto, Yuji Inagaki
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1101/805762v1

    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Large DNA virus promoted the endosymbiotic evolution to make a photosynthetic eukaryote2019

    • 著者名/発表者名
      Mitsuhiro Matsuo, Atsushi Katahara, Makoto Tachikawa, Yohei Miakuchi, Hideki Noguchi, Atsushi Toyoda, Asao Fujiyama, Yutaka Suzuki, Takayuki Hata, Soichirou Satoh, Takuro Nakayama, Ryoma Kamikawa, Mami Nomura, Yuji Inagaki, Ken-ichiro Ishida, Junichi Obokata
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1101/809541

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Single-cell genomics unveiled a cryptic cyanobacterial lineage with a worldwide distribution hidden by a dinoflagellate host2019

    • 著者名/発表者名
      Takuro Nakayama, Mami Nomura, Yoshihito Takano, Goro Tanifuji, Kogiku Shiba, Kazuo Inaba, Yuji Inagaki, Masakado Kawata
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America

      巻: 116 ページ: 15973-15978

    • DOI

      10.1073/pnas.1902538116

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] In silico structural modeling and analysis of elongation factor-1alpha and elongation factor-like protein2019

    • 著者名/発表者名
      Kotaro Sakamoto, Megumi Kayanuma, Yuji Inagaki, Tetsuo Hashimoto, Yasuteru Shigeta
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 4 ページ: 7308-7316

    • DOI

      10.1021/acsomega.8b03547

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] エンドヘレア太陽虫Microheliella marisの系統的位置とミトコンドリアゲノム.2020

    • 著者名/発表者名
      矢吹彬憲, 矢﨑裕規, 今泉彩香, 白鳥峻志, 久米慶太郎, 橋本哲男, 稲垣祐司
    • 学会等名
      日本藻類学会第44回大会
  • [学会発表] 緑色渦鞭毛藻 Oxytoxum sp. SG-436株 の共生藻痕跡核のゲノム解析.2020

    • 著者名/発表者名
      川久保卓志, 松尾恵梨子, 高橋和也, 谷藤吾朗, 岩滝光儀, 稲垣祐司
    • 学会等名
      日本藻類学会第44回大会
  • [学会発表] ディスコバ生物群,マラウィモナス類,アンキロモナス類が保持する新奇ミトコンドリア局在DNAポリメラーゼ.2020

    • 著者名/発表者名
      原田亮, 中野賢太郎, 矢吹彬憲, 白鳥峻志, Ensoo Kim, 稲垣祐司
    • 学会等名
      日本藻類学会第44回大会
  • [学会発表] 有孔虫の大規模分岐年代推定.2020

    • 著者名/発表者名
      石谷佳之, 矢﨑裕規, 氏家由利香, 稲垣祐司
    • 学会等名
      日本古生物学会2020年大会
  • [学会発表] Phylogenomic analyses unveiled multiple endosymbioses of pedinophycean green algae in distantly related dinoflagellates.2019

    • 著者名/発表者名
      Yuji Inagaki
    • 学会等名
      2019 CCS-EPCC Workshop
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] フィロジェノミック解析により推測されたMicroheliella marisの系統的位置.2019

    • 著者名/発表者名
      矢﨑裕規, 今泉彩香, 久米慶太郎, 白鳥峻志, 橋本哲男, 矢吹彬憲, 石田健一郎, 稲垣祐司
    • 学会等名
      第3回日本共生学会大会
  • [学会発表] 有孔虫Ammonia beccariiのミトコンドリアに局在するDNA分子群.2019

    • 著者名/発表者名
      石谷佳之, 久米慶太郎, 稲垣祐司.
    • 学会等名
      第3回日本共生学会大会
  • [学会発表] 真核生物におけるSMCタンパクファミリーの多様化と二次的喪失.2019

    • 著者名/発表者名
      吉永真理, 稲垣祐司
    • 学会等名
      第52回日本原生生物学会大会
  • [学会発表] ユーグレノゾアにおけるミトコンドリア局在DNAポリメラーゼの進化.2019

    • 著者名/発表者名
      原田亮, 平川泰久, 矢吹彬憲, 柏山祐一郎, 丸山萌, 大沼亮, Vlademir Hampl, 谷藤吾朗, 稲垣祐司
    • 学会等名
      第52回日本原生生物学会大会
  • [学会発表] ゼロから始める大規模分子系統解析.2019

    • 著者名/発表者名
      矢﨑裕規, 稲垣祐司
    • 学会等名
      第52回日本原生生物学会大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 翻訳終結因子Cドメインにみられる部分的欠失の進化とタンパク質機能・構造に与える影響.2019

    • 著者名/発表者名
      上原忠晃, 栢沼愛, 重田育照, 稲垣祐司
    • 学会等名
      第52回日本原生生物学会大会
  • [学会発表] Dinoflagellates as the model for the evolution of eukaryotic cells and genomes.2019

    • 著者名/発表者名
      Yuji Inagaki
    • 学会等名
      National Taiwan University-University of Tsukuba Bilateral Symposium on Life Science
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ATG12-ATG5における非共有結合非依存化の普遍性について.2019

    • 著者名/発表者名
      矢﨑裕規, 坂本寛和, 上原忠晃, 稲垣祐司, 山本林, 水島昇
    • 学会等名
      第92回日本生化学会大会
  • [学会発表] Re-exploration of the protein performing plant-type C-to-U RNA editing in diverse eukaryotes.2019

    • 著者名/発表者名
      Yuki Nishimura, Nagisa Sato, Yoshiyuki Ishitani, Takashi Shiratori, Ken-ichiro Ishida, Tetsuo Hashimoto, Yuji Inagaki, Moriya Ohkuma
    • 学会等名
      14th International Colloquium on Endocytobioogy and Symbiosis
    • 国際学会
  • [学会発表] 新奇真核微生物の探索と細胞内共生に伴う宿主ゲノムの進化:真核生物初期進化の理解に向けて.2019

    • 著者名/発表者名
      稲垣祐司
    • 学会等名
      KCCセミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] Distribution of plant-type mitochondrial C-to-U RNA editing in diverse eukaryotes.2019

    • 著者名/発表者名
      西村祐貴, 佐藤渚, 白鳥峻志, 石田健一郎, 橋本哲男, 稲垣祐司, 大熊盛也
    • 学会等名
      日本進化学会第21回大会
  • [学会発表] A novel type of mitochondrion-localized DNA polymerase unites 'orphan eukaryotes' into a new 'super-group'.2019

    • 著者名/発表者名
      Ryo Harada, Kentaro Nakano, Akinori Yabuki, Yuji Inagaki
    • 学会等名
      日本進化学会第21回大会
  • [学会発表] Single-cell genomics unveiled a cryptic cyanobacterial lineage with a worldwide distribution hidden by a dinoflagellate host.2019

    • 著者名/発表者名
      Takuro Nakayama, Mami Nomura, Yoshihito Takano, Kogiku Shiba, Kazuo Inaba, Goro Tanifuji, Yuji Inagaki, Masakado Kawata
    • 学会等名
      CWRU-TOHOKU Joint Work Shop
    • 国際学会
  • [学会発表] Evolutionarily distinct gene-sets for autophagosome formation in dinoflagellate harboring diatom endosymbionts.2019

    • 著者名/発表者名
      Euki Yazaki, Tadaaki Uehara, Hirokazu Sakamoto, Tetsuo Hashimoto, Noboru Mizushima, Yuji Inagaki
    • 学会等名
      VIII European Congress of Protistology
    • 国際学会
  • [学会発表] Phylogenomic analysis assessing the position of "orphans" including Microheliella maris.2019

    • 著者名/発表者名
      Euki Yazaki, Ayaka Imaizumi, Keitaro Kume, Takashi Shiratori, Tetsuo Hashimoto, Akinori Yabuki, Ken-ichiro Ishida, Yuji Inagaki.
    • 学会等名
      VIII European Congress of Protistology
    • 国際学会
  • [学会発表] Genome analysis of a symbiotic nitrogen-fixing cyanobacterium in a pelagic dinoflagellate, Histioneis depressa.2019

    • 著者名/発表者名
      Takuro Nakayama, Mami Nomura, Yoshihito Takano, Kogiku Shiba, Kazuo Inaba, Goro Tanifuji, Yuji Inagaki, Masakado Kawata
    • 学会等名
      VIII European Congress of Protistology
    • 国際学会
  • [学会発表] 有中心粒太陽虫類におけるミトコンドリアゲノムの比較解析.2019

    • 著者名/発表者名
      西村祐貴, 佐藤渚, 白鳥峻志, 石田健一郎, 橋本哲男, 稲垣祐司, 大熊盛也
    • 学会等名
      日本微生物資源学会第26回大会

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公開日: 2021-01-27  

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