海洋微生物光受容の全貌解明：大規模メタゲノムで描き出す海と光のSeascape

阐明海洋微生物感光的全貌：利用大规模宏基因组描绘海洋和光的海景

• 批准号: 22H00557
• 负责人: 吉澤 晋
• 金额: $ 26.12万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2027-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H00557/
• 关键词: 海洋微生物; 微生物生態; 光受容体; メタゲノム

本研究では、これまでに実施されたほぼ全ての海洋メタゲノムプロジェクトを集約・再アセンブル・再解析を行い、海洋微生物を全球レベルで比較可能なデータベースを構築する。構築したデータベースを用いて、海洋微生物の持つ光受容システム（ロドプシンや光合成に関連する遺伝子）の分布を網羅的に解析する。また、メタゲノム再構築ゲノム（MAG）から、各遺伝子を持つ生物種の特定を行い、上記解析結果と統合することで、海洋微生物の持つ光受容システムを全球レベルで可視化することを目指す。メタゲノムデータを用いて、個々の微生物ゲノム（MAG：Metagenome-Assembled Genome）を解読する手法の開発をおこない、開発した手法を用いて、公共データベースから入手可能な、様々な海洋環境に由来する大規模メタゲノムデータ（約29兆塩基対）の解析を行なった。その結果、59門にまたがる5万以上の原核生物ゲノムの解読に成功し、得られたゲノムの情報を整備して、約15,000ゲノムを収載する海洋微生物ゲノムデータベースMarDBを大幅に上回る、世界最大の海洋微生物ゲノムカタログ「OceanDNA MAGカタログ」として公開した。構築した世界最大の微生物ゲノムデータベースを用いることで、これまでにない解像度で機能遺伝子の分布および遺伝子を持つ分類群を調べることが可能になる。今後の研究では、データベースを用いて、微生物型ロドプシン、光合成関連遺伝子（pufM）の全球分布の解析を実施予定である。

在这项研究中，到目前为止进行的几乎所有海洋宏基因组项目都经过汇总，重新组装和重新分析，以创建一个可以在全球层面比较海洋微生物的数据库。使用构造的数据库，我们全面分析了通过海洋微生物持有的光感受器系统（视紫红素和与光合作用相关的基因）的分布。此外，通过鉴定来自元基因组重建基因组（MAG）的每个基因的物种，并将其与上述分析结果整合在一起，我们的目的是可视化在全球水平上海洋微生物所具有的光感受器系统。使用宏基因组数据，我们开发了一种破译单个微生物基因组（MAGS）的方法，并使用开发的方法分析了来自各种海洋环境的大规模元基因组数据（约29万亿个碱基对），可从公共数据库中获得。结果，该公司成功地在59个门上成功破解了50,000多个原核生物基因组，准备了有关获得的基因组的信息，并将其出版为世界上最大的海洋微生物基因组目录的Oceandna Mag Catalog，这比包含大约15,000个基因组的海洋微生物基因组数据库Mardb的大幅度要高。使用世界上最大的微生物基因组数据库，可以通过前所未有的分辨率研究功能基因分布和分类群。在未来的研究中，我们将使用数据库来分析微生物视紫红素和光合作用相关基因（PUFM）的全球分布。

项目成果

Conformational alterations in unidirectional ion transport of a light-driven chloride pump revealed using X-ray free electron lasers.

• DOI: 10.1073/pnas.2117433119
• 发表时间: 2022-03-01
• 期刊: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
• 影响因子: 11.1
• 作者: Hosaka T;Nomura T;Kubo M;Nakane T;Fangjia L;Sekine SI;Ito T;Murayama K;Ihara K;Ehara H;Kashiwagi K;Katsura K;Akasaka R;Hisano T;Tanaka T;Tanaka R;Arima T;Yamashita A;Sugahara M;Naitow H;Matsuura Y;Yoshizawa S;Tono K;Owada S;Nureki O;Kimura-Someya T;Iwata S;Nango E;Shirouzu M
• 通讯作者: Shirouzu M

「微生物ダークマター」を解き明かす ―世界最大の海洋微生物ゲノムカタログ―

解开“微生物暗物质”——世界上最大的海洋微生物基因组目录——

Does proteorhodopsin have any antenna mechanism?

变形视紫红质有天线机制吗？

• 发表时间: 2022
• 作者: Takayoshi Fujiwara;Masumi Hasegawa;Keiichi Inoue;Susumu Yoshizawa
• 通讯作者: Susumu Yoshizawa

The OceanDNA MAG Catalog: an Unprecedented-scale Genome Resource of Marine Prokaryotes

OceanDNA MAG 目录：规模空前的海洋原核生物基因组资源

• 发表时间: 2022
• 作者: Nishimura Yosuke;Yoshizawa Susumu;和田茂樹;Yosuke Nishimura and Susumu Yoshizawa
• 通讯作者: Yosuke Nishimura and Susumu Yoshizawa

Light-utilization strategies with microbial rhodopsins in cyanobacteria

蓝细菌中微生物视紫红质的光利用策略

• 发表时间: 2022
• 作者: Masumi Hasegawa;Toshiaki Hosaka;Keiichi Kojima;Yosuke Nishimura;Marie Kurihara;Yu Nakajima;Tomomi Kimura-Someya;Mikako Shirouzu;Yuki Sudo;Susumu Yoshizawa
• 通讯作者: Susumu Yoshizawa