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2022 年度 実績報告書

ウイルスを捉えて生物圏機能を根底から理解する―革新的メタゲノム解析技術の開発―

公募研究

研究領域デジタルバイオスフェア:地球環境を守るための統合生物圏科学
研究課題/領域番号 22H05714
研究機関国立研究開発法人海洋研究開発機構

研究代表者

西村 陽介  国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海洋機能利用部門(生命理工学センター), 特任研究員 (90718959)

研究期間 (年度) 2022-06-16 – 2024-03-31
キーワードメタゲノム / ウイルス / 環境微生物 / ゲノム解析
研究実績の概要

微生物と、微生物に感染するウイルスの活動は生物圏を根底から制御しており、炭素・窒素等の物質循環を司ることで、海洋や土壌における生物圏機能に大きな影響を与えている。しかしながら、環境微生物に関する知見は圧倒的に不足しており、「ダークマター」と呼称される未培養の微生物やウイルスが多くを占める。特に、ウイルスの情報解析技術は未発達であり、環境に存在するウイルスの実態は謎に包まれている。本研究は環境におけるウイルスの活動実態を解明するために、ウイルスゲノム解析のための情報解析手法を開発する。その手法を環境横断的なメタゲノム・ビッグデータに適用することで、それぞれの環境に存在するウイルスゲノムを大規模に解読し、ウイルスの宿主や活動を解明する手がかりとなる情報を整備し、ウイルスが果たす生物圏機能の解明に貢献する。
本年度は、公共データベースから環境横断的な大規模メタゲノムデータ(約100兆塩基)を取得し、配列アセンブリや、ウイルスゲノムの同定を行った。解析ツールを使用してウイルスゲノムを探索したところ、全6億の配列から、ウイルスゲノムと推定されるものが1600万検出され、うち7万が完全長ゲノムであった。
検出されたウイルスゲノムを特徴づけるため、相同遺伝子データ(KEGG KOやPfamなど)を活用したゲノム解析ツールを開発し、代謝遺伝子を網羅的に同定するための解析パイプラインを構築した。また、各メタゲノムの由来となる環境の情報についても整備を進めた。

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

環境横断的な大規模メタゲノムデータ(約100兆塩基)から1600万ものウイルスゲノムと推定される配列が得られ、海洋・土壌といった様々な環境に存在するウイルスを特徴づけるための土台が整った。また、それぞれのゲノムに含まれる代謝遺伝子を特徴づけるためのゲノム解析パイプラインの開発が順調に進展している。

今後の研究の推進方策

今後、ウイルスに含まれる代謝遺伝子の網羅的な系統解析を行い、それぞれの遺伝子の進化的な起源を明らかにすることで、ウイルスの新しい宿主予測手法を確立する。また、ウイルスが持つ代謝遺伝子を環境ごとに整理し、「ホットスポット」となっている環境を明らかにすることで、「ウイルス」と「環境」の関係性を代謝レベルで理解する。

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (1件) (うちオープンアクセス 1件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] Distribution and survival strategies of diazotrophs in the Arctic Ocean revealed by global-scale metagenomic analysis2022

    • 著者名/発表者名
      Takuhei Shiozaki, Yosuke Nishimura, Susumu Yoshizawa, Hideto Takami, Koji Hamasaki, Amane Fujiwara, Shigeto Nishino, Naomi Harada
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1101/2022.10.28.514325

    • オープンアクセス
  • [学会発表] 公共メタゲノムデータで土壌微生物ダークマターに光を当てる2023

    • 著者名/発表者名
      西村陽介
    • 学会等名
      第70回日本生態学会
  • [学会発表] 地球環境に棲まうウイルス「ダークマター」の実態を 公共メタゲノム・ビッグデータ解析で明らかにする2022

    • 著者名/発表者名
      西村陽介
    • 学会等名
      第45回日本分子生物学会年会

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公開日: 2023-12-25  

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