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2021 年度 実績報告書

ゲノム縮小と増殖速度の相関の機構解明

研究課題

研究課題/領域番号 19H03215
研究機関筑波大学

研究代表者

イン ベイウェン  筑波大学, 生命環境系, 准教授 (90422401)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
キーワード細胞増殖 / ゲノム縮小 / 遺伝子発現 / 実験進化 / 周期性
研究実績の概要

本研究は、ゲノム縮小による増殖速度の低下と実験進化による増殖速度の回復のメカニズムを、遺伝子発現量のゲノム周期性で説明することを目的としている。当初設定した研究内容が四つの項目に分けられており、今年度では、下記通りに成果が得られた。
① ゲノム縮小による発現周期のずれ:全ゲノム縮小大腸菌に対し、RNAシーケンスを行い、トランスクリプトーム解析を行った。ゲノム縮小による遺伝子発現の特徴的パターンとゲノム周期性の変化を解析するためのデータセットが用意できた。(注:シーケンスサンプルのコンタミネーションのトラブルによる遅れが出たが、再実験と再解析がスムースに実施され、計画通りの結果が得られた。)
② 増殖速度の回復に伴う発現周期の回復:ゲノム縮小大腸菌に対する実験進化を完了し、増殖速度の回復が確認された。増殖速度の回復とゲノム縮小サイズの相関を発見した。この結果は、仮説が正しいであることと子の相関関係に普遍性があることが実証された。
③ 増殖速度と発現周期の同調回復に寄与するゲノム変異:進化前後の大腸菌に対するゲノムリシーケンシングを行い、全ゲノム変異を同定した。個別の変異と増殖速度の回復には無相関に見えた。これも仮説を検証したとみなす。
④ 遺伝子発現の周期に繋ぐ遺伝子適応度の周期:遺伝子発現ゲノム周期性が増殖速度にも反映されるとの予測を遺伝子ごとの適応度を評価した。前年度にて検証済みであったが、さらに単一欠損とゲノム縮小との相関の有無を解析し、単純な相加関係にないとこが分かった。

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

途中で、RNAシーケンスの外注業者のミスで解析サンプルを取り直すことになりましたが、その後、計画通りに推進できた。また、当初考えていた仮説に反する結果が得られたが、想定外の普遍的法則が観察されているため、更なる解析が必要である。今後の発見に期待する。

今後の研究の推進方策

前述通り、本研究課題で計画されたすべての項目について、実験がほぼすべて完了している。そのため、最終年度では、各項目の結果をまとめて、多様なグローバル定量指標に対し多階層解析を行う。具体的には、遺伝情報量(ゲノム長、遺伝子数)、遺伝子発現(周期性やモジュールなど)、ゲノム変異(変異数、塩基置換など)、大腸菌増殖(増殖速度、最大菌体量など)を計算・評価し、各指標同士の相関関係を明らかにする。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (8件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Experimental evolution expands the breadth of adaptation to an environmental gradient correlated with genome reduction.2022

    • 著者名/発表者名
      M Kurokawa, I Nishimura, BW Ying
    • 雑誌名

      Front Microbial

      巻: 13 ページ: -

    • DOI

      10.3389/fmicb.2022.826894

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Primordial mimicry induces morphological change in Escherichia coli2022

    • 著者名/発表者名
      H Lu, H Aida, M Kurokawa, F Chen, Y Xia, J Xu, K Li, BW Ying, T Yomo
    • 雑誌名

      Comm Biol

      巻: 5 ページ: -

    • DOI

      10.1038/s42003-021-02954-w

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Correlation between the spatial distribution and colony size was common for monogenetic bacteria in laboratory conditions.2021

    • 著者名/発表者名
      H XUE, M Kurokawa, BW Ying
    • 雑誌名

      BMC Microbial

      巻: 21 ページ: -

    • DOI

      10.1186/s12866-021-02180-8

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 機械学習による微生物増殖の予測2022

    • 著者名/発表者名
      橋詰 崇雅; 會田 穂乃香; イン ベイウェン
    • 学会等名
      日本ゲノム微生物学会第16回大会
  • [学会発表] バイオマス生産最適化に向けたデータ駆動型システム微生物2022

    • 著者名/発表者名
      イン ベイウェン
    • 学会等名
      MiCSワークショップ
    • 招待講演
  • [学会発表] 大腸菌コロニー形成の空間分布の法則2022

    • 著者名/発表者名
      人見 健矢; イン ベイウェン
    • 学会等名
      日本ゲノム微生物学会第16回大会
  • [学会発表] 大腸菌増殖を決定する環境因子の網羅的探索2022

    • 著者名/発表者名
      會田 穂乃香; 橋詰 崇雅; イン ベイウェン
    • 学会等名
      日本ゲノム微生物学会第16回大会
  • [学会発表] 大腸菌遺伝子発現のゲノム周期性と増殖速度の相関2021

    • 著者名/発表者名
      永井 元基; 黒川 真臣; イン ベイウェン
    • 学会等名
      日本ゲノム微生物学会第15回大会
  • [学会発表] 大腸菌ゲノム縮小に伴う変異率と増殖速度の協調的変化2021

    • 著者名/発表者名
      黒川 真臣; 西村 一成; イン ベイウェン
    • 学会等名
      日本ゲノム微生物学会第15回大会
  • [学会発表] 大腸菌コロニー形成の空間分布の解析2021

    • 著者名/発表者名
      人見 健矢; イン ベイウェン
    • 学会等名
      日本微生物生態学会第34回大会
  • [学会発表] 微生物集団増殖に優位的に影響する環境因子の探索2021

    • 著者名/発表者名
      會田 穂乃香; 橋詰 崇雅; イン ベイウェン
    • 学会等名
      日本微生物生態学会第34回大会

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公開日: 2023-12-25  

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