海綿における水平伝播を起点とした生理活性天然物生合成遺伝子の探索と解析

海绵体内水平传递的具有生理活性的天然产物生物合成基因的搜索与分析

• 批准号: 22K20717
• 负责人: 城森 啓宏
• 金额: $ 1.83万
• 依托单位: University of the Ryukyus
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-08-31 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K20717/
• 关键词: 海綿動物; 生合成遺伝子; 共生微生物; Entotehonella; メンブレンベシクル; Latrunculin; 生合成; 天然物; 遺伝子水平伝播

本研究では、海綿における遺伝子の水平伝播に着目した生合成遺伝子クラスター探索基盤を確立することを目指し、共生微生物が保有する遺伝子クラスターの水平伝播の実体を明らかにする。なかでも生物間の水平伝播ツール「運び屋」として知られているメンブレンベシクル(MV)に焦点を当て、生合成遺伝子情報の濃縮を図ることで新たな生合成遺伝子クラスターの取得を目指す。これまでに我々はある一種の海綿において生合成遺伝子がMV画分に局在していることを明らかにしている。しかし別種の海綿でも生合成遺伝子がMVに局在しているかは不明であった。そこで令和4年度はモデル実験として、既に化合物の生合成遺伝子クラスターが複数同定されている恩納村産Theonella swinhoei海綿から調製したMVにおいて、misakinolide生合成遺伝子クラスターが局在しているのかを調査した。海綿組織を破砕後、遠心分離機により分画することでMV画分を取得した。その後、MVのメタゲノムDNAを鋳型としてPCR実験によりmisakinolide生合成遺伝子がMV中に内包されているか確認したところ、生合成遺伝子の増幅が認められた。次にMVをDNA分解酵素で処理することでMV外のDNAを分解したのちに、PCR実験を行ったところ遺伝子の増幅が認められた。以上の結果から、海綿T. swinhoeiにおいてもMV中に天然物生合成遺伝子が内包されていることが示唆された。現在T. swinhoeiから調製したMVを用いて、可培養細菌と混ぜ合わせることでMVの水平伝播能力を検証中である。さらに生合成遺伝子未同定のlatrunculinを有する海綿においも、MVの取得に成功した。今後はこれらMVの水平伝播能力を検証した後にlatrunculin生合成遺伝子の取得に挑む。

本研究旨在建立一个以海绵水平基因转移为重点的生物合成基因簇探索平台，阐明共生微生物所拥有的基因簇水平转移的现实。特别是，我们的目标是通过关注被称为生物体之间水平传输的“载体”的膜囊泡（MV）来获得新的生物合成基因簇，并丰富生物合成基因信息。到目前为止，我们已经揭示生物合成基因位于某种海绵的 MV 部分中。然而，尚不清楚生物合成基因是否位于不同海绵物种的MV中。因此，作为2020财年的模型实验，我们调查了从恩纳村的Theonella swinhoei海绵制备的MV中是否存在misakinolide生物合成基因簇，该村已经鉴定出多个复合生物合成基因簇。粉碎海绵组织后，通过使用离心机分级获得MV级分。随后，我们以MV宏基因组DNA为模板，通过PCR实验确认了MV中是否包含misakinolide生物合成基因，并观察到生物合成基因的扩增。接下来，通过用DNA酶处理MV来降解MV外部的DNA，然后进行PCR实验并观察基因扩增。上述结果表明海绵T. swinhoei的MV中包含天然产物生物合成基因。我们目前正在通过使用从 T. swinhoei 制备的 MV 将其与可培养细菌混合来测试 MV 水平传播的能力。此外，我们成功地从含有 latrunculin（一种未鉴定的生物合成基因）的海绵中获得了 MV。未来，我们将在验证这些MV的水平繁殖能力后，尝试获得latrunculin生物合成基因。