【研究領域課題番号】19H03212 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゲノム / トランスポゾン / small RNA / 進化 / ゲノム構造進化 / C. elegans / 姉妹種 / 比較ゲノム / トランポゾン / 近縁種

【研究成果の概要】

トランスポゾンは生物進化を助長する一方で、トランスポゾンの転移活性はゲノム損傷ひいては致死を引き起こすため、真核生物はSmall RNAによるRNAサイレンシング機構を駆使してトランスポゾンを抑制する。近年発見されたC. elegansの姉妹種C. inopinataは、C. elegansの約2倍の体サイズをもち、C. elegansとは大きく異なる生殖様式や生態を有している。C. elegansとのゲノム比較により、C. inopinataのゲノムにはトランスポゾンが特徴的に多く存在し、さらに、C. inopinataはSmall RNAを制御するergo-1パスウェイが欠失していることが分かった。本研究では、C. elegans-C. inopinata比較解析系を用いて、トランスポゾンによるゲノムの構造進化、さらにそれを制御するsmall RNA機構を明らかにすることをゴールとし、以下の研究方法により、生物情報学と生化学、遺伝学的解析を行う。
・C. inopinataの発達ステージごとのsmall RNA発現解析
・C. inopinataのArgonauteのインタラクトーム解析
・野外分離株を用いたC. inopinataのゲノム進化解析
以上により、C. inopinataにおける、small RNA パスウェイとsmall RNAによるトランスポゾン制御機構を理解し、C. elegansとの比較により進化学的理解を得る。さらに、野生採取株のゲノム解析により、C. inopinataにおけるトランスポゾンによるゲノム進化の現状を明らかにする。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2019-04-01 - 2023-03-31

【配分額】17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)

【研究分野】水圏生命科学

【研究領域課題番号】15H04549 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

遺伝子伝搬 / 大腸菌 / 好冷細菌 / Vector Particle / 増殖温度特性 / 遺伝子座 / ベクターパーティクル / 全ゲノム / 比較ゲノム / 遺伝子伝達粒子 / 広宿主域 / ゲノム / メタゲノム / ウイルス / 遺伝子伝達

【研究成果の概要】

広宿主域な遺伝子伝達粒子(VP)の特性と遺伝子の解明を試みた。VP感染大腸菌とF-の接合実験より、4つの栄養要求性の復帰を調べた結果、VP生産遺伝子が染色体上のpro-leu遺伝子座近傍にあることを明らかにした。VP伝播遺伝子が伝搬する遺伝子を明らかにするため、至適増殖温度10℃の好冷細菌由来のVPを大腸菌に形質導入し、その性状と遺伝子をしらべた。その結果、至適、許容温度範囲が共に7℃低下、10℃て最大増殖密度を示し、好冷菌由来VPが耐塩・耐冷性を中温細菌に伝搬したことを確認した。これによりVPが異なる系統群に増殖温度特性に関する遺伝子を伝搬することを示した。現在、遺伝子配列の解明中である。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】16,250千円 (直接経費: 12,500千円、間接経費: 3,750千円)

【研究分野】進化生物学

【研究領域課題番号】15H05778 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

スーパージーン / 進化遺伝 / ベイツ型擬態 / シロオビアゲハ / ナガサキアゲハ / 比較ゲノム / 逆位 / 紋様形成 / 超遺伝子 / supergene / doublesex / ゲノム再編成 / 擬態紋様形成 / superegne / 進化 / 昆虫 / ゲノム / アゲハ蝶 / 擬態 / 進化生物学

【研究成果の概要】

複雑な適応形質を制御する染色体上の隣接遺伝子群「スーパージーン」の分子的実体を他に先駆けて示した。具体的には、シロオビアゲハと近縁種ナガサキアゲハの擬態を制御するスーパージーンの構造と機能を明らかにした。前者では染色体逆位、後者では構造多様性により組換えが抑制され、両種の擬態遺伝子座は平行進化で進化した可能性が示された。また、両種の擬態形質はスーパージーン内のdsx遺伝子により主に制御されることが示された。

【研究の社会的意義】

スーパージーンの概念は約100年前から提唱されているが、その実態は知られてこなかった。本研究では、スーパージーンを同定する新規手法を確立し、逆位を持たない予想外のスーパージーン、2種のアゲハの擬態の平行進化、dsx遺伝子の擬態形質の制御機構を他に先んじて明らかにした。本成果は、スーパージーンの新たなメカニズムを呈示した意味で画期的で、遺伝学、進化学、生態学などの学術分野に大きな影響を与える可能性が高い。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2015-05-29 - 2020-03-31

【配分額】199,940千円 (直接経費: 153,800千円、間接経費: 46,140千円)

【研究分野】生命・健康・医療情報学

【研究領域課題番号】26700030 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

genome / orthology / alignment / probability / substitution / insertion / deletion / バイオインフォマティクス / 生体情報学 / 比較ゲノム

【研究成果の概要】

ヒトDNAの配列再編成の調査は、NARで発表されました。簡略化された”チャイルドテーブル”アルゴリズムは、類似した配列を見つけるために、IEEE/ACM TCBBで発表されました。ゲノムの変異を見つける方法は、BMC Medical Genomicsで発表されました。DNA隣接ベース（細菌の系列差別を改善する）我々の方法は、BMC Bioinformaticsで発表されました。我々の分析法は、最近の長いDNAの読み取りに有用であることが証明されています。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2014-04-01 - 2018-03-31

【配分額】18,850千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 4,350千円)

【研究分野】層位・古生物学

【研究領域課題番号】23244101 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

貝殻形成 / 軟体動物 / 形態形成 / 進化発生学 / バイオミネラリゼーション / 比較ゲノム / 貝殻基質タンパク質 / 冠輪動物 / トランスジェニック生物 / in vivoタンパク質機能解析 / bmp遺伝子 / レチノイン酸 / 貝殻タンパク質 / アコヤガイ / ゲノム / 形態進化 / らせん成長 / 遺伝子組換体

【研究成果の概要】

軟体動物の貝殻形成機構を解明するため、巻貝類のモノアラガイ、セイヨウカサガイ、クサイロアオガイ、二枚貝類のアコヤガイ、および頭足類のオウムガイ等を用いたゲノム解析、トランスクリプトーム解析、プロテオーム解析を行うとともに、胚への遺伝子導入技術の開発や各種阻害剤による遺伝子産物の機能解析を行った。その結果、貝殻の初期発生に関連した遺伝子経路と貝殻成長における巻きと捩れを制御するタンパク質を発見したほか、貝殻基質タンパク質を網羅的に同定し、それらの機能や進化プロセスを推定するとともに、軟体動物における遺伝子導入実験系を確立するなどの成果を得た。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2011-04-01 - 2016-03-31

【配分額】49,660千円 (直接経費: 38,200千円、間接経費: 11,460千円)

【研究分野】水産学一般

【研究領域課題番号】20380107 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

遺伝 / 育種 / トラフグ / メダカ / 棘鰭上目魚類 / ゲノム / 比較ゲノム / 進化 / 連鎖地図 / 集団遺伝学 / フグ

【研究成果の概要】

魚類に分子育種法を適用するためには、全ゲノムを覆うマーカー座が必須あるが、マーカー座の種特異性は著しく高い。多くの魚種に利用可能なマーカー座を得るため、まず、トラフグのゲノム地図を作製した。次に、これを既報のメダカのゲノム地図と比較して、魚類において保存されたゲノム構造の特徴を明らかとした。この情報をもとに、モデル魚類間で保存されたマーカー座を同定した。これらの座を用いることで、非モデル魚であるマサバの連鎖地図を作製できた。従って、得られたマーカー座は多くの魚で利用可能と考えられる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】16,120千円 (直接経費: 12,400千円、間接経費: 3,720千円)

【研究分野】水産学一般

【研究領域課題番号】18580175 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゲノム / 連鎖地図 / トラフグ / メダカ / シンテニー / 養殖 / フグ / 比較ゲノム / 魚類 / 進化 / 育種 / ゲノム構造

【研究成果の概要】

ゲノム配列情報の農学的利用が近年盛んに試みられており、主要な穀類や家畜類のゲノム配列が解読された。一方で水産学に目を向けると、我が国の養殖対象魚類は多岐にわたることから、そのすべてにおいてゲノム配列解読を進めることは現実的ではない。ブリ類など主要養殖魚のゲノム構造を比較ゲノム法で推定するため、本研究では、トラフグと他のモデル魚類のゲノム構造を全ゲノムレベルで詳細に比較することを目指した。
○トラフグ連鎖地図に貼り付けられたゲノム配列長は合計337.1Mbとなり、全ゲノムの86%に達した。さらに、全ゲノムの72%の配列の染色体上の方向を決定できた。このゲノム地図の質(ゲノムを覆う比率)は、魚類中、メダカに次いで2番目のものとなった。
○トラフグ全ゲノムの86%の配列を利用して、ミドリフグおよびメダカのシンテニーと比較したところ、驚くほどシンテニーが類似していることが明らかとなった。これらの魚類の祖先魚は、24本のハプロイド染色体を持ち、現在の魚種に至る過程で大規模な再編成が生じたのはわずか数本の染色体のみであることが分かった。
○フグとメダカでジーンオーダーが保存されたゲノム領域を網羅的に同定した。ブリ類やマダイなど棘鰭上目に属する魚類でも、これらのゲノム領域は保存されている可能性が高いと予想された。
以上の研究から、トラフグ、ミドリフグ、メダカのゲノムを比較することで、ブリ類やマダイなどのゲノム構造を精度高く推定することが明らかとなった。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2006 - 2007

【配分額】3,890千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 390千円)

【研究分野】水産学一般

【研究領域課題番号】16780134 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

トラフグ / 比較ゲノム / 連鎖地図 / 育種 / 養殖 / ゲノム配列 / ゲノム

【研究成果の概要】

【背景】近年ゲノム情報を活用した効率的な育種法の確立が養殖産業において強く求められている。トラフグはゲノムドラフト配列が解読されているため,連鎖地図を利用することで,効率的な育種が可能となるが、連鎖地図の報告はこれまでない.本研究ではトラフグのゲノム全領域をカヴァーする連鎖地図を得るため,昨年度作製した連鎖地図にマーカーを付け加え、トラフグの染色体数に対応した数の連鎖群を得ることを目的とした。また、魚類間のゲノム構造の保存度を調べるため、トラフグ連鎖地図に関連づけられた全ゲノムの10%の配列を用いて、メダカ、ミドリフグのゲノム構造と比較した。
【結果】雌雄の減数分裂における連鎖解析の結果,200個のマーカーからなる22個の連鎖群を得た.この数はトラフグ半数体の染色体数と一致した。また、マーカーの連鎖率は95%に達したので、ほとんどの表現型の責任遺伝子座がこの地図上にマップできると考えられた。以上から、実用レベルの連鎖地図が完成したと言える。連鎖地図に貼り付けられたゲノム配列長は合計40Mbであり、これは全グノムの10%であった。この配列上に存在する予想遺伝子を利用して、メダカおよびゼブラフィッシュの遺伝子配置(ゲノム構造)を比較したところ、これらの魚類間では、驚くほどゲノム構造が類似していることが明らかとなった。したがって,トラフグを中心とした魚類の比較ゲノム解析により,多くの養殖対象魚のゲノム構造が推定可能であり、トラフグゲノム情報を本種のみならず、他魚種の育種に活用する道が開かれた。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2004 - 2005

【配分額】3,600千円 (直接経費: 3,600千円)

【研究分野】生物・生体工学

【研究領域課題番号】14103011 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

超好熱菌 / 機能未知遺伝子 / 遺伝子破壊 / 始原菌 / 新規代謝系 / ゲノム / Thermococcus / 比較ゲノム / ゲノム科学 / 遺伝子機能解明 / DNA chip / proteome

【研究成果の概要】

1.超好熱菌遺伝子破壊系の改良
ΔpyrF株を宿主とし、pyrFマーカー遺伝子の上流および下流に相同領域を導入することにより、一段階目の相同組換えの後にpyrFマーカー遺伝子がゲノム上から脱落する系を開発した。この系では原理的には如何なる数の遺伝子でも破壊・導入が可能となる。
2.中央代謝経路の解明
炭素中央代謝に着目し、ゲノム情報からその存在が不明であった多数の遺伝子を特定した。
(1)我々は超好熱菌ゲノム上でそれまで特定されていなかった糖新生経路の鍵酵素はfructose 1,6-bisphosphatase(FBPase)遺伝子を同定し、遺伝学的にその機能も証明した。
(2)本菌の解糖系の最終反応が一般的なpyruvate kinaseではなく、phosphoenol-pyruvate synthaseにより触媒されていることを遺伝学的に証明した。
(3)今まで知られていた経路と異なる構造的に新規な3種の酵素から構成される新しいキチン分解経路を発見した。
(4)T.kodakaraensisではribulose monophosphaIe pathwayの逆反応がpentose合成を担っていることを発見し、従来のpentose phosphate pathwayに代わる始原菌特異的なpentose合成経路を明らかにした。
以上の研究成果によりT.kodakaraensis K0D1の中央炭素代謝のほぼ全容が明らかとなった。
3.Reverse gyrase paradoxの解決
Reverse gyraseは唯一の超好熱菌固有の酵素である。Reverse gyraseの特徴的な構造と本酵素が超好熱菌の生育に必須であると考「えられてきたことから、生命が超好熱菌として誕生したという説は否定されていた。我々はreverse gyrase遺伝子の破壊株を取得することに成功し、破壊株が90℃で生育することを見いだした。したがって、reverse gyraseが存在しない条件であっても生命が高温環境(90℃)で誕生し得たことを実験的に証明した。
4.Type III Rubiscoの機能解明
Type III RubiscoはCalvin回路を持たないArchacaにのみ存在し、Rubiscoのcarboxylase活性を示すものの、その生理的役割は不明であった。我々は比較ゲノム的アプローチよりT.kodakaraensis内でAMPからType III Rubiscoの基質ribulose1,5-bisphosphateを供給できる2種の新規酵素AMP phosphorylaseおよびribose 1,5-bisphosphate isomeraseを同定した。この代謝経路は糖新生系の一部とpentose phosphate pathwayの一部と合わせて新しい第5の炭酸固定経路を形成し得ることも判明した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2002 - 2006

【配分額】116,350千円 (直接経費: 89,500千円、間接経費: 26,850千円)