環境周期変動に対する転写・翻訳応答機構の実験進化による創出

通过实验进化创建对环境周期性波动的转录/翻译响应机制

基本信息

批准号：
14J02139
负责人：
高野壮太朗
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

当研究では、貧栄養と富栄養環境が周期的に訪れる条件で、生物がどのように適応・進化し、生存・増殖を行っていくかを解明することを目指してきた。本研究では大腸菌を用いて、貧栄養環境でも長期生存可能であり、富栄養環境でも増殖可能である戦略の理解を目指してきた。採用第一年度、第二年度目で、大腸菌の貧栄養環境での長期生存ダイナミクスを様々な条件下で測定したところ、貧栄養環境下での生存率が死細胞由来の栄養濃度に大きく依存すること、細胞濃度依存的な増殖・死滅速度変化の二つが重要であることが新たに明らかになった。加えて、こうした活動の実現に特定の変異体の出現を必要としないことも明らかになった。これらの知見を基に、採用第三年度目では貧栄養環境での細胞の生存に重要となる細胞内活動を、網羅的な遺伝子発現プロファイル解析から見積もった。本研究結果から、貧栄養環境での生存には、細胞由来の栄養や、生細胞濃度が重要であることが示唆されていたため、それらの違いによって特に発現量が変化する遺伝子カテゴリーを抽出した。糖などの栄養が利用できる富栄養環境下に比べて、死細胞由来の栄養を利用する長期貧栄養条件では、増殖に十分な栄養があるにも関わらず、一部のストレス応答性遺伝子の発現を活性化させ、逆に増殖に必要な遺伝子の発現が抑制されていることが明らかになり、長期貧栄養環境での低い増殖・死滅速度の保持に重要な分子機構が遺伝子発現レベルで裏付けられた。また、細胞濃度の低下により活性化、抑制される遺伝子発現も明らかとなり、細胞濃度依存的増殖・死滅速度変化に重要となる機能も遺伝子発現レベルで推定された。従来の研究では、長期の貧栄養環境での生存に重要と推定される遺伝子発現についての知見は十分では無かったが、本研究のこれらの遺伝子発現解析の結果、数ある機能や遺伝子の中から、生存に寄与する遺伝子群を絞り込むことに成功した。

在这项研究中，我们的目的是阐明生物体如何在贫营养和富营养环境周期性发生的条件下适应、进化、生存和增殖。在这项研究中，我们使用大肠杆菌来了解使其在寡营养环境中长期生存并在富营养环境中增殖的策略。在采用的第一年和第二年，我们测量了大肠杆菌在各种条件下的寡营养环境中的长期生存动态，发现寡营养环境中的存活率高度依赖于死亡的营养物质的浓度此外，新近发现有两个因素很重要：细胞增殖和死亡率的浓度依赖性变化。此外，很明显，这些活动的发生并不需要特定突变体的出现。基于这些发现，在采用的第三年，我们通过全面的基因表达谱分析估计了对寡营养环境中细胞生存很重要的细胞内活动。这项研究的结果表明，细胞来源的营养物质和活细胞的浓度对于寡营养环境中的生存很重要，因此我们提取了表达水平根据这些差异而特别变化的基因类别。与提供糖等营养物质的富营养环境相比，在使用来自死亡细胞的营养物质的长期贫营养条件下，即使有足够的营养物质生长，一些应激反应基因的表达也会减少。增殖所需基因的表达受到抑制，并且在基因表达水平上支持了长期寡营养环境中维持低增殖和死亡率的重要分子机制。还揭示了基因表达通过细胞浓度的降低而被激活或抑制，并且对于细胞浓度依赖性生长和死亡率的变化重要的功能也在基因表达水平上进行了估计。在之前的研究中，对于被认为对长期营养不良环境中的生存至关重要的基因的表达还没有足够的了解，但本研究中的基因表达分析的结果，成功地缩小了有助于长期营养不良环境中生存的基因组的范围。生存。