2023 Fiscal Year Annual Research Report
Prediction and control of multi-species systems: 10000-microbiome experiments
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20K20586
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
東樹 宏和 京都大学, 生命科学研究科, 教授 (60585024)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2024-03-31
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| Keywords | 時系列 / 生態系 / 微生物叢 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
微生物共培養実験系や水圏微生物叢を対象として得られた時系列サンプルのDNAメタバーコーディングデータを分析し、その動態の多様性に関する考察を行った。「代替安定状態」（alternative stable states）とみなせるような群集構造間の急激なシフトが、共培養実験系や人工環境下の複雑微生物叢の動態にみられることが前年度までの研究成果でわかっていたが、そうした「レジームシフト」（regime shift）の背後で何が起こっているのかについての考察を深めた。まず、ショットガン・シーケンシング（shotgun sequencing）を基にしたメタゲノム解析で、metagenome-assembled genomes (MAGs) を各時系列サンプルにおいて推定することで、群集を構成する各細菌種がもつ遺伝子のレパートリーを解明した。その上で、同じ時系列サンプル内に存在する細菌種間（MAGs間）において、同じ資源を求めて競争する度合いを推定した。群集内の総当たりでペア間の遺伝子重複度を計算し、その平均値を取ることで、基本ニッチ（fundamental niche）の重複度に関する指標とした。その結果、大きな群集構造の変化の前において、遺伝子重複度から推定されたニッチ重複度が高いことがわかった。この群集構造のシフトの前後で、ショットガン・シーケンシングで検出されるMAGsの数が劇的に減少していた。一旦、多様性の低い群集構造に変化したあと、徐々に多様性が回復する傾向が観測されたが、その際も、遺伝子のレパートリーが大きく異なる種が復帰してきており、ニッチの重複度が高くなることはなかった。この結果は、「ニッチの類似限界」（limiting similarity of niches）が保たれる状態で群集の再集合が進むことを示唆しており、理論生態学的観点から非常に興味深い。
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