環境ゲノム情報と培養技術で紐解くロドプシン保有細菌の新規「発色団獲得」戦略

利用环境基因组信息和培养技术揭示了一种针对携带视紫红质细菌的新“发色团获取”策略

• 批准号: 19J01352
• 负责人: 中島 悠
• 金额: $ 3.08万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J01352/
• 关键词: ロドプシン; 微生物生態学; レチナール; カロテノイド; ゲノム解析

微生物型ロドプシンは、光を受容することでイオン輸送やセンサーとして働く機能が知られている。この光受容は、内部に結合したレチナール色素が担うことから、ロドプシンの機能発揮には必須の分子と考えられる。近年のゲノム解析技術の発展に伴い、ロドプシンを持ちながら、このレチナールを生産するための既知の遺伝子を持たない微生物が多く知られるようになってきた。これらの微生物は、自身でレチナールを生産するのか、あるいは周辺環境から受け取るのかは不明であった。そこで本研究では、そのような細菌を用い、ロドプシンが機能するのか、レチナール生産が可能なのかを明らかにすると共に、生態系における、ロドプシンとそれを取り巻くレチナールの獲得戦略について明らかにすることを目的とした。その結果、ロドプシンの活性およびレチナールを検出することができ、未知のレチナール生産経路によってレチナール生産をしている可能性が示された。しかし、自身で生産できるレチナール量は細胞内のロドプシン量と比べて少ないことも明らかとなり、環境中から取り込むという可能性も残されている。これらの結果は学術誌 Microbes & Environmentsに掲載済みである。さらにロドプシンを有する細菌・古細菌内で、どの程度既知のレチナール生産経路が存在するのかを解析したところ、平均で約3割のゲノム中には既知の遺伝子は存在しなかった。前年度に特定のグループではほぼ全てのゲノム中に既知のレチナール生産経路が存在しないことを明らかにしており、これまでとは全く異なる色素の獲得戦略を取る可能性が示された。本年度は、レチナールの前駆体となるカロテノイドの代謝遺伝子の有無を大規模なゲノムデータベースに登録されているゲノムを用いて解析を行うとともに、ロドプシンやそれら色素代謝関連遺伝子を環境ゲノム中から探索、存在量推定を行なった。これらは現在投稿準備中である。

已知微生物视紫红质的功能是通过接收光作为传感器运输和充当传感器的功能。该光感受器由内部结合的视网膜染料进行，被认为是视紫红质功能的必不可少的分子。随着基因组分析技术的最新发展，尽管视紫红质素，许多未知基因的微生物已经众所周知。目前尚不清楚这些微生物是否会产生视网膜或从周围环境中获得视网膜。因此，这项研究旨在阐明视紫红质是否有效，以及使用这种细菌是否可以进行视网膜生产，并阐明在生态系统中获取Rhodopsin及其周围视网膜的策略。结果，可以检测到视紫红质和视网膜的活性，表明视网膜产量可以通过未知的视网膜生产途径进行。但是，很明显，可以自身产生的视网膜量小于细胞中的视紫红质量，从而使其从环境中占用。这些结果已发表在Microbes＆Environments中。此外，当我们分析细菌和古细菌与视紫红质中存在已知的视网膜生产途径的程度时，我们发现基因组中没有已知的基因。在上一年，某些群体显示，几乎所有基因组中都没有已知的视网膜生产途径，这表明有可能采用完全不同的染料采集策略。今年，我们分析了使用在大型基因组数据库中注册的基因组的类胡萝卜素的代谢基因，这些类胡萝卜素的代谢基因是否是视网膜的前体，还搜索了Rhodopsin和这些与环境基因组和估计丰度的色素代谢相关基因。这些目前正在准备提交。

项目成果

微生物生態学の最前線

微生物生态学前沿

• 发表时间: 2020
• 作者: 岡崎友輔;中島悠;井上真男;金子博人;志野裕亮;峯田航;山下大祐;熊谷洋平
• 通讯作者: 熊谷洋平

Is the possession of retinal-synthesis gene (blh) essential for the function of rhodopsin?

视网膜合成基因（blh）对于视紫红质的功能至关重要吗？

• 发表时间: 2019
• 作者: Yu Nakajima;Keiichi Kojima;Satoko Doi;Yuichiro Kashiyama;Ryosuke Nakai;Yuki Sudo;Kazuhiro Kogure;Susumu Yoshizawa
• 通讯作者: Susumu Yoshizawa