2016 Fiscal Year Annual Research Report
Adaptive evolution of cooperative genes using an experimental evolution model
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15J05092
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
水内 良 大阪大学, 情報科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | 実験進化 / RNA / 協力の進化 / 共進化 / ハイパーサイクル / 生命の初期進化 / 生命の起源 / 翻訳システム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、複製酵素をコードしたゲノムRNAと無細胞翻訳系を用いて構築された人工RNAゲノム複製システムに、新たな遺伝子をもつRNAを導入し、遺伝情報の増加がシステムの安定性や進化にどのような影響をもたらすかを問う。昨年度は新たな遺伝子をもつRNAとして、翻訳タンパク質RF1をコードしたRNAの構築を試みたが、十分複製可能なRNAは取得できなかった。そこで本年度は別の遺伝子であるNDKをコードした複製可能なRNAの構築を試みた。その結果、合計約50個の変異を導入してRNA構造を固く改変することで十分複製可能なRNAの取得に成功した。そして2種類のRNAゲノムを組み合わせ、条件を最適化することで、2種類のRNAが共働して複製するシステムが完成した。
次に、長期継代方法を開発し、様々な条件で複製反応を繰り返したところ、RNA濃度が高すぎると、機能を失い複製能力を向上させた変異体が過剰に出現することで、逆にRNA濃度が低すぎると、2種類のRNAが共存できなくなることでシステムが崩壊するとわかった。しかし一方で、中間領域のRNA濃度では、半永続的に安定な複製を続けることができるとわかり、最終的に2種類のRNAは約160世代複製した。またこのとき、2種類のRNAそれぞれの濃度を独立に制御はしていないのに、それらの複製は常に同期していた。
さらに本年度では長期複製の結果、2種類のRNAがどのように進化したかについても解析を進めた。これまでに配列解析と生化学解析を一部行い、それぞれのRNAが主に異なる方向に進化し、片方は協力性を失うように、もう片方は協力性を維持する、または高めるように進化したと明らかになった。今後、さらに解析を進めることで、安定的な複製と協力性の進化の関係が明らかになり、原始的な複製システムがいかにして遺伝情報を拡張したかの知見が得られると期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度は予定していた2種類のRNAによる協力的な複製ネットワークが完成し、進化実験を達成できた上に、次年度に計画していた進化実験の解析も一部進めることができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
進化した2種類のRNAの解析をさらに進める。特に、理論的には進化で利己的な変異が選択され、協力性を失うように進化すると予想されるのに、なぜ協力性を保つように進化できたのか、またそれがシステム全体の複製にどのような影響を与えたのかを解析し、原始的複製システムにおける遺伝情報の拡張可能性を調べる。また今後は理論モデルの構築を同時に行い、実験結果と相互にフィードバックさせることで、原始的複製システムに関する新たな基礎的知見を与えることを目指す。
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