Functional Evolutionary genomics: Inferring the origin and function of the genes involved in nodulation symbiosis with nitrogen fixation

功能进化基因组学：推断结瘤与固氮共生相关基因的起源和功能

• 批准号: 20570220
• 负责人: AOKI Seishiro
• 金额: $ 3.24万
• 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 (C)
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008-04-08 至 2013-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-20570220/
• 关键词: 進化; ゲノム; 共生; 根粒菌; マメ科植物; 分子進化; 協力行動; 遺伝子重複; 水平移行; ゲノムアイランド; 蛋白質機能; 生物間相互作用; マメ; 感染実験; ゲノム網羅的解析; 協力; 分子機能; 計算; 生理実験

There is a possibility that the symbiosis genes with an important role for the nodulation and nitrogen fixation passed through the special evolution that may be different from the other housekeeping genes. We compared the genomic information of various bacteria using the background information of symbiosis with legumes and inferred the new symbiotic nodulation genes and the evolution of this symbiosis. We examined large scale phylogenetic profiling and revealed the evolutionary origin of nodulation genes. Contrary to the widely accepted scenario of the alpha-proteobacterial origin of rhizobia, our exhaustive analysis showed that the nodulation symbiosis of rhizobia with legumes may have originated from beta-proteobacterial family. Furthermore, we found that there was a possibility that several genes which symbiosis function was not known so far are characteristic of root nodule bacteria. We confirm the symbiosis function of these genes by the gene destruction.

对结瘤和固氮起重要作用的共生基因有可能经历了与其他管家基因不同的特殊进化。我们利用与豆科植物共生的背景信息比较了各种细菌的基因组信息，并推断出新的共生结瘤基因以及这种共生的进化。我们检查了大规模的系统发育分析并揭示了结瘤基因的进化起源。与广泛接受的根瘤菌起源于α-变形菌的观点相反，我们的详尽分析表明根瘤菌与豆科植物的结瘤共生可能起源于β-变形菌家族。此外，我们还发现，一些迄今为止未知的共生功能的基因可能是根瘤细菌的特征。我们通过基因破坏证实了这些基因的共生功能。

项目成果

MOLECULAR EVOLUTIN OF VOLVOCALEAN ACTIN GENES

毛肌动蛋白基因的分子进化

• 发表时间: 2013
• 作者: Takako Kato-Minoura;Mika Ehara;Kumiko Karino;Nobuyuki Akimoto;Norito Yoshiga;and Seishiro Aoki
• 通讯作者: and Seishiro Aoki

原始的被子植物Amborella trichopodaの花器官形成に関わるMADS-box B機能遺伝子群の解析

原始被子植物毛足安博氏菌花器官形成相关MADS-box B功能基因分析

• 发表时间: 2009
• 作者: 杉森香代子;青木誠志郎;伊藤元己
• 通讯作者: 伊藤元己

Model for the evolutionary dynamics of nitrogen fixation in the legume-rhizobia symbiosis

豆科植物-根瘤菌共生固氮的进化动力学模型

• 发表时间: 2013
• 作者: Hironori Fujita;Seishiro Aoki;Masayoshi Kawaguchi
• 通讯作者: Masayoshi Kawaguchi

「共進化の生態学」"第7章マメー根粒菌共生系の進化"

《共同进化的生态学》《第七章豆类根瘤菌共生系统的进化》

• 发表时间: 2008
• 作者: 中田さゆり;青木誠志郎;梶田忠;日本進化学会創立10周年記念出版編集委員会;日本進化学会編;日本進化学会編;東京大学教養学部図説生物学編集委員会編;種生物学会編
• 通讯作者: 種生物学会編

機能進化ゲノミクス:進化解析を用いた共生関連遺伝子のゲノム網羅的探索とその実験的検証

功能进化基因组学：利用进化分析及其实验验证在全基因组范围内搜索共生相关基因

• 发表时间: 2009
• 作者: 青木誠志郎;下田宜司;伊藤元己
• 通讯作者: 伊藤元己