| 研究課題/領域番号 |
22K19153
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| 研究機関 | 広島大学 |
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研究代表者 |
廣田 隆一 広島大学, 統合生命科学研究科(先), 准教授 (90452614)
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| 研究期間 (年度) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| キーワード | 藍藻 / 変異 / 細胞形態 / 捕食 / 原生生物 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、原生生物の捕食圧下において藍藻が劇的な細胞形態変化を生じさせるという現象について、二種類の捕食者-被食者モデルを用いて解析を行い、細胞伸長メカニズム、および微生物生存戦略における意義を解明することを目的としている。今年度は、予備的な実験によって観察されていた、捕食圧下における藍藻の形態変化現象の詳細な解析を行い、捕食者（原生生物）と被食者（藍藻）の共培養系における増殖および藍藻の形態変化の推移を調べた。また、形態変化を起こした藍藻の形質が安定していることが確認され、遺伝的な変異が関与していることが示されたため、得られた複数の変異株について次世代シークエンサーを用いて変異点の同定を行った。その結果、細菌の分裂に必須のタンパク質複合体であるdivisomeを構成するタンパク質の遺伝子や、ペプチドグリカンの合成および分解に関わる酵素遺伝子への変異が認められた。これらの遺伝子については今後遺伝学的、生化学的アプローチにより機能解析を実施する予定である。
一方、変化した形質が捕食抵抗性に貢献しているかを調べるために、単離した藍藻変異株をあらためて捕食者と共培養し、細胞数の増減を調べた。その結果、伸長した変異株は捕食者が存在する条件においても増殖を示し、一定の捕食抵抗性を示すことが明らかとなった。その他、捕食者の種類によって細胞形態変化のパターンが異なる傾向が認められており、次年度は詳細な解析を行う予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
これまでに黄金色藻と淡水性藍藻Synechococcus elongatus PCC 7942、繊毛虫と海洋性藍藻Synechococcus sp. PCC 7002の共培養系で、それぞれ藍藻の細胞伸長が起こる現象を見出した。そこで、これら2つの培養系において、伸長変異株が出現する経過と細胞形態の変化を詳細に解析した。それぞれの藍藻と捕食者との共培養系で、経時的に藍藻の形態観察と細胞長計測を行い、その推移を調べた。その結果、２種類の藍藻は共に培養一週間後あたりから細胞サイズが長くなった藍藻が出現しはじめ、二週間後には伸長細胞が捕食者と共存して生存する様子が観察された。さらにPCC 7002においてはfamily（科）のレベルで種類が異なる二種類の繊毛虫（A, B）を用いて実験を行ったところ、繊毛虫Aでは単一の細胞が連続して連なって糸状化した形状のものが主に出現し、繊毛虫Bでは単一の細胞の形態が変化して細胞サイズが長くなった細胞が主に出現した。つまり、捕食者の種類によってタイプの異なる変異体の出現傾向が認められた。この原因については現在解析を進めているところである。
また、伸長変異株をそれぞれ独立した実験系から複数株単離し、次世代シークエンサーを用いて変異点の決定を行った。その結果、細菌の分裂に必須のタンパク質複合体であるdivisomeを構成するタンパク質遺伝子や、ペプチドグリカンの合成に関わる酵素遺伝子への変異が認められた。
さらに、単離した伸長変異株の捕食抵抗性を調べるため、単離した複数の藍藻変異株をそれぞれの捕食者と共培養し、細胞数の増減を調べた。その結果、伸長した変異株は捕食者が存在する条件においても増殖を示すことが明らかとなった。
このように当初予定していた計画を上回る成果が得られている。
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度実施した伸長変異株の変異点解析から、細胞形態変化に影響を及ぼしている遺伝子の候補として、細菌の分裂に関与するdivisome構成遺伝子、ペプチドグリカン合成関連遺伝子が考えられた。そこで、これらの遺伝子破壊により細胞形態形成との関係を解析する。既にPCC 7942, 7002共に相同組換えにより遺伝子破壊を行う実験系を導入済みであり、変異遺伝子の一部については破壊コンストラクト作製と遺伝子破壊を実施している。次年度に全ての因子についての解析を行う。
PCC 7002においては捕食者の種類によってタイプの異なる変異体の出現傾向が認められた。そこで、この傾向が本当に捕食者の種類に依存するのかを、変異体の形状タイプに応じた出現頻度の定量的な解析により行う。具体的には、繊毛虫A、Bとの共培養系を独立した複数バッチで実施し、各バッチ間、バッチ内における変異体の出現頻度を調べる。
また、捕食抵抗性以外にも細胞の回収において有利な効果が得られている可能性が考えられるため、沈降性や凝集性について評価を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初の予定より効率的に実験が進行し、予定していた消耗品試薬の購入を抑えることができたため、今年度の予定額を少なくすることができた。繰り越される金額は次年度の変異株の解析に充てることにより、全体としてより効率的な予算の執行とより多くの研究成果が得られることが見込まれる。
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