Serial transfer法による常温性藍藻の長期高温適応進化実験

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21K05338
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 兼崎 友 静岡大学, 静岡共同利用機器センター, 特任助教 (70380293)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 適応進化 / 自然突然変異 / ゲノム解析 / 高温ストレス / 遺伝子発現

研究実績の概要

常温性のシアノバクテリアであるSynechococcus elongatus PCC 7942 (以下、PCC7942)の生育上限温度は43℃とされ、これ以上の高温条件ではPCC7942の細胞は分裂異常によりフィラメント状にとなり細胞増殖は抑制される。本研究では細胞を亜致死高温条件に曝しながら継代培養するSerial transfer培養法での長期間の適応進化実験を実施することで、既知の生育限界温度を超えた高温適応進化株を作出し、その生理的性質やゲノム上にどのような変異が生じたかを解析した。
適応進化実験の初期段階に比べ、劇的な生育限界温度の上昇は見られなくなってきたが、全ゲノムリシーケンス解析の結果、ゲノムDNA上の突然変異の数は累積的に増加していた。一方、同じ期間30℃で継代培養している親株には同等の数の突然変異の蓄積は見られなかった。コロニー集団内において優先化する新規突然変異の数については、選択圧のある培養系におけるボトルネック効果の影響も考えられるが、高温培養系と常温培養系では新規変異の蓄積速度の違いは明らかであった。高温適応株において累積した突然変異がゲノム上の特定領域に集中するかどうかを検証をしたが、現時点ではそのようなホットスポットは見られていない。またアミノ酸置換を伴う突然変異が起きた遺伝子については、高温性のシアノバクテリアであるThermosynechococcus elongatus BP-1の相同遺伝子がコードするタンパク質のアミノ酸配列と比較し、同じアミノ酸に変異したのかどうかを検証したが、そのような部位は見られなかった。これらの結果は本実験で新規に見出された突然変異が未知の高温耐性・高温適応の機構と関わることを示唆している。

研究成果

• [国際共同研究] University of Hyderabad(インド)
  • 国名: インド
  • 外国機関名: University of Hyderabad
• [雑誌論文] A high-temperature sensitivity of Synechococcus elongatus PCC 7942 due to a tRNA-Leu mutation. (2023)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa H, Kanesaki Y, Watanabe S, Tanaka K.
  • 雑誌名: Journal of General and Applied Microbiolgy 巻: 69 ページ: 167-174
  • DOI: 10.2323/jgam.2023.02.001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] yaaJ, the tRNA-Specific Adenosine Deaminase, Is Dispensable in Bacillus subtilis. (2023)
  • 著者名/発表者名: Soma A, Kubota A, Tomoe D, Ikeuchi Y, Kawamura F, Arimoto H, Shiwa Y, Kanesaki Y, Nanamiya H, Yoshikawa H, Suzuki T, and Sekine Y.
  • 雑誌名: Genes 巻: 14 ページ: 1515
  • DOI: 10.3390/genes14081515.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Evolutionary Adaptation by Repetitive Long-Term Cultivation with Gradual Increase in Temperature for Acquiring Multi-Stress Tolerance and High Ethanol Productivity in Kluyveromyces marxianus DMKU 3-1042. (2023)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto N, Matsutani M, Tanimoto Y, Nakanishi R, Tanaka S, Kanesaki Y, Theeragool G, Kataoka N, Yakushi T, and Matsushita K.
  • 雑誌名: Journal of Bacteriology 巻: 205 ページ: e0010123.
  • DOI: 10.1128/jb.00101-23.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Strain heterogeneity and adaptive laboratory evolution of a cyanobacterium Synechococcus elongatus PCC 7942. (2024)
  • 著者名/発表者名: Yu Kanesaki
  • 学会等名: BioAnveshana-2024. International conference on Frontiers in Basic Biology, Biotechnology and Bioinformatics.
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Acaryochloris marina MBIC 11017 におけるプラスミドシャッフリングを介した光環境適応機構 (2024)
  • 著者名/発表者名: 三宅敬太，樫本友則，松本直大，迫凌輔，佐藤繭子，豊岡公徳，兼崎友，岩崎渉，成川礼
  • 学会等名: 第65回日本植物生理学会年会
• [学会発表] スピルリナ強光培養後に観察されるアルカリバチルスの出現メカニズム解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 駒形 遥、坂巻 裕、内田 小百合、浦井 誠、兼崎 友、朝井 計、渡辺 智
  • 学会等名: 日本微生物生態学会 第36回大会
• [学会発表] 静岡共同利用機器センターゲノム機能解析部の紹介 (2023)
  • 著者名/発表者名: 兼崎 友
  • 学会等名: 静岡大学研究設備統括本部シンポジウム
• [学会発表] スピルリナ強光培養後に観察されるアルカリバチルスの出現メカニズム解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 駒形 遥、坂巻 裕、内田 小百合、浦井 誠、兼崎 友、朝井計、渡辺 智
  • 学会等名: 第21回 微生物研究会「微生物の進化、その産業応用」
• [学会発表] プラスミドを介したシアノバクテリアAcaryochloris marina MBIC 11017の橙色光環境への適応 (2023)
  • 著者名/発表者名: 三宅 敬太, 樫本 友則, 迫 凌輔, 松本 直大, 佐藤 繭子, 豊岡 公徳, 兼崎 友, 岩崎 渉, 成川 礼
  • 学会等名: 日本植物学会 第87回大会