Microbial genome resource mining of Japanese agricultural soil

日本农业土壤微生物基因组资源挖掘

• 批准号: 22K17999
• 负责人: 西田 暁史
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Tokyo University of Agriculture
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K17999/
• 关键词: メタゲノム; 無細胞タンパク質合成系; 機械学習; フィターゼ; 根圏土壌; 微生物

本課題ではまず日本の農業土壌を採取し、微生物DNAを抽出し、メタゲノム解析することで有用遺伝子を収集する。次いで有用遺伝子の１つとしてフィチン酸を分解し土壌に蓄積したリンを植物が利用できるかたちに溶解するフィターゼに着目し、多様な微生物のフィターゼ遺伝子を活性評価する。さらに多様な微生物のフィターゼ遺伝子を生成モデルによって特徴抽出し、活性のある塩基配列を解析するとともに、低pHでの機能活性など特性が付加されたフィターゼ遺伝子を生成する計画である。土壌の採取とメタゲノム解析に関しては、トマト青枯れ病が発生した２圃場の土壌や有機農業の土壌から15検体、比較対象として里山土壌から3検体、新規につくられた圃場から9検体を採取した。そして微生物DNAを抽出し、シーケンシングを完了した。このシーケンシングデータをもとにMetagenome assembled genomeを構築するが、KBase（D. Chivian et al., Nature Protocols, 2022）を用いて現在実施中である。多様な微生物のフィターゼ遺伝子の活性評価に関しては、遺伝子の大規模テストを見据えて、遺伝子組換えと培養時間を省略できるハイスループット評価系である無細胞タンパク質合成系を用いる計画である。大腸菌BL21株由来の細胞抽出液を用いた無細胞タンパク質合成系を作製し、遺伝子発現することに成功した。生成モデルに関しては、遺伝子配列を試験的に学習させ、特徴抽出することに成功した。今後はより多くの遺伝子配列データを学習させる予定である。

在这个项目中，我们将首先收集日本的农业土壤，提取微生物DNA，并通过宏基因组分析收集有用的基因。接下来，我们关注作为有用基因之一的植酸酶，它分解植酸并将土壤中积累的磷溶解成植物可以利用的形式，并评估了来自各种微生物的植酸酶基因的活性。此外，我们计划使用生成模型从各种微生物中提取植酸酶基因的特征，分析活性碱基序列，并生成具有附加特征（例如低pH下的功能活性）的植酸酶基因。在土壤采集和宏基因组分析方面，从发生番茄青枯病的两块田地和有机农业土壤中采集了 15 个样品，并从里山土壤中采集了 3 个样品，从新建田地中采集了 9 个样品作为比较.然后他们提取了微生物 DNA 并完成了测序。将根据该测序数据构建宏基因组组装的基因组，目前正在使用 KBase 实施（D. Chivian 等人，Nature Protocols，2022）。对于各种微生物植酸酶基因的活性评价，我们计划使用无细胞蛋白质合成系统，这是一个高通量的评价系统，可以省略基因重组和培养时间，着眼于大规模的基因检测。我们使用大肠杆菌BL21菌株的细胞提取物创建了无细胞蛋白质合成系统，并成功进行了基因表达。对于生成模型，我们尝试学习了基因序列并成功提取了特征。未来，我们计划利用更多的基因序列数据来训练该系统。