Function and evolution of genes involved in the phagocytosis first discovered in prokaryotes

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K22445
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 45:Biology at organismal to population levels and anthropology, and related fields
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: ISHIDA Ken-ichiro 筑波大学, 生命環境系, 教授 (30282198)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 白鳥 峻志 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境部門(海洋生物環境影響研究センター), 特別研究員(PD) (70800621)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2021-03-31
• Keywords: 原核生物 / Uab amorphum / 食作用 / Planctomycetes / 比較ゲノム / 進化 / 多様性 / ウアブ

Outline of Final Research Achievements

To elucidate how the newly discovered phagocytotic prokaryote, Ca. Uab amorphum, acquired its phagocytosis, we sequenced the genomes of three strains (SRT713, SRT719, and SRT722) closely related to “Uab” (SRT547) and performed comparative genomic analysis. As a result, 1,245 genes specific to bacteria with phagocytosis were detected, and the phagocytosis-related genes were presumed to be among them. To further narrow down the phagocytosis-related genes, we established a system to specifically detect and visualize “Uab”-clade bacteria from the field. Several new lineages of “Uab”-clade bacteria were discovered from freshwater samples, which led to the narrowing down of the phagocytosis-related genes and elucidating the evolution of phagocytosis in the “Uab”-clade.

Free Research Field

系統分類学、進化学、藻類学、原生生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ウアブ（SRT547株）の発見により、真核生物にしかないと思われていた“食作用”のような捕食様式を原核生物が独自に獲得していたことが初めて示された。この発見により、食作用の進化や真核生物の起源の理解が大きく進展することが期待されている。本研究は、ウアブの食作用が真核生物のそれとどう違うのか、という疑問を念頭に、ウアブの食作用がどのように機能しているのか、ウアブがいつ、どのように食作用能を獲得したのか、を明らかにするための最初のステップである。本研究成果は、これらの理解に向けた今後の大きな展開の扉を開くものである。