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2022 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

本研究課題は、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、下記通りに成果が得られている。
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するトランスクリプトーム解析を行ったけっか、ゲノム長に問わずにゲノム周期の数が恒常的であり、周期の振幅と位相がゲノム縮小や増殖速度に相関があることが分かった。
② 増殖速度の回復に伴う発現周期の回復:実験進化によって、ゲノム縮小大腸菌の増殖速度が向上されたが、その増殖速度の上昇が最大菌体量の低下に繋ぐトレードオフ関係を発見した。
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変異解析を行い、進化による増殖速度の回復は特定の遺伝子機能によるも出なはないことが分かった。
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の周期性と負の相関関係にあり、ゲノム縮小が単一遺伝子欠損の単純な相加関係にないことが分かった。
さらに、今年度は上記各項目における補足的な検証実験をしながら、多階層解析を行った。ゲノム縮小、増殖速度、最大菌体量、進化による変異蓄積量、遺伝子発現の周期性、遺伝子モジュールを解析し、各指標同士の相関関係を明らかにした。以上、本研究課題で計画されたすべての研究課題を完了し、段階的な成果をまとめた複数原著論文がすでに公開されているほか、集大成となる原著論文を作成している。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (7件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Growth rate-associated transcriptome reorganization in response to genomic, environmental, and evolutionary interruptions2023

    • 著者名/発表者名
      Y Matsui, M Nagai, BW Ying
    • 雑誌名

      Front Microbial

      巻: 14 ページ: -

    • DOI

      10.3389/fmicb.2023.1145673

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Machine learning-assisted medium optimization revealed the discriminated strategies for improved production of the foreign and native metabolites.2023

    • 著者名/発表者名
      H Aida, K Uchida, M Nagai, T Hashizume, S Masuo, N Takaya, BW Ying
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1101/2023.02.20.529197

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Global coordination of the mutation and growth rates across the genetic and nutritional variety in Escherichia coli.2022

    • 著者名/発表者名
      Z Lao, Y Matsui, S Ijichi, BW Ying
    • 雑誌名

      Front Microbial

      巻: 13 ページ: -

    • DOI

      10.3389/fmicb.2022.990969

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Machine learning-assisted discovery of growth decision elements by relating bacterial population dynamics to environmental diversity.2022

    • 著者名/発表者名
      H Aida, T Hashizume, K Ashino, BW Ying
    • 雑誌名

      eLife

      巻: 11 ページ: -

    • DOI

      10.7554/eLife.76846

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Contribution of the genomic and nutritional differentiation to the spatial distribution of bacterial colonies.2022

    • 著者名/発表者名
      K Hitomi, J Weng, BW Ying
    • 雑誌名

      Front Microbial

      巻: 13 ページ: -

    • DOI

      10.3389/fmicb.2022.948657

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 細菌の増殖動態を決定する環境因子の機械学習支援型探索2023

    • 著者名/発表者名
      會田 穂乃香; イン ベイウェン
    • 学会等名
      日本農芸化学会2023年度広島大会
  • [学会発表] 機械学習による微生物選択培地の最適化2023

    • 著者名/発表者名
      張 抒楊; 會田 穂乃香; イン ベイウェン
    • 学会等名
      日本農芸化学会2023年度広島大会
  • [学会発表] Connecting gene function to bacterial population dynamics2023

    • 著者名/発表者名
      LAO Zehui; YING BEIWEN
    • 学会等名
      日本ゲノム微生物学会第17回大会
  • [学会発表] ゲノム進化とゲノム縮小の協調的補完2023

    • 著者名/発表者名
      イン ベイウェン
    • 学会等名
      日本ゲノム微生物学会第17回大会
  • [学会発表] ゲノム・進化・環境が大腸菌の増殖と遺伝子発現に及ぼす影響2023

    • 著者名/発表者名
      松井 悠一郎; イン ベイウェン
    • 学会等名
      日本ゲノム微生物学会第17回大会
  • [学会発表] 遺伝情報と化学環境が大腸菌増殖に与える影響の横断的探索2023

    • 著者名/発表者名
      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17回大会
  • [学会発表] 機械学習による細胞増殖の予測とその制御2022

    • 著者名/発表者名
      イン ベイウェン
    • 学会等名
      技術情報協会公開セミナー
    • 招待講演

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公開日: 2024-12-25  

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