【研究領域課題番号】21K14766 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

サンゴ / 褐虫藻 / ホロビオント / カロテノイド生産菌 / ゼアキサンチン / FISH解析 / サンゴホロビオント / 共生 / 活性酸素種

【研究成果の概要】

本研究では褐虫藻-カロテノイド生産菌を中心にサンゴホロビオントにおける生物間相互作用をマルチオミクス解析により明らかにし、カロテノイド生産菌が褐虫藻のROS産生を軽減する機構を全容解明する。本年度は、まずサンゴと共生する主要な褐虫藻であるCladocopiumおよびDurusdiniumの継続的な培養を開始し、カロテノイド生産菌の分離培養を試みた。Cladocopiumからはオレンジ色を呈するコロニーを形成するフラボバクテリウム科細菌C-2466株を発見した。有機溶媒を用いて色素を抽出後、逆相TLC分析を実施したところ、C-2466株はゼアキサンチンを含む複数のカロテノイドを合成することが明らかになった。これまでに本研究者らが褐虫藻から発見しているフラボバクテリウム科細菌GF1株（Motone et al. mBio 2020）よりも色素量が多かったことから、褐虫藻の環境ストレスを緩和する有望な菌株となる。さらにDNAプローブを用いたFluorescence in situ hybridization（FISH解析）を行ったところ、C-2466株はCladocopiumの細胞表面に局在していることを確認した。抗生物質による無菌化を試みたCladocopiumにおいても、C-2466株の残存が確認されたことから、CladocopiumとC-2466株は強力な共生関係を構築していると考えられた。C-2466株から高品質なゲノム抽出に成功し、次世代シーケンサーによるシーケンシング解析を実施することができたため、ゲノム科学的な手法も用いて、褐虫藻-細菌の相互作用メカニズムを解明していきたい。

【研究種目】若手研究

【研究期間】2021-04-01 - 2024-03-31

【配分額】4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)

【研究領域課題番号】20H03235 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

サンゴ / 褐虫藻 / 共生 / ゲノム

【研究成果の概要】

サンゴ礁を形成する造礁サンゴは、細胞内の共生藻類、褐虫藻と密接な相利共生関係を築いている。しかし温暖化などの地球規模の環境変動により、サンゴと褐虫藻の共生関係の崩壊、白化現象が頻発しており、世界中でサンゴ礁が減少を続けている。一方でサンゴ礁の基盤となるサンゴ-褐虫藻の共生メカニズムやその成立・維持の分子機構は、未だ多くが謎のままである。本研究はゲノム科学的手法を駆使し、現在進行系の環境変動の影響を受け続けているサンゴと褐虫藻の共生関係が、実際の海の中でどのように成立・維持されているのか、そのゲノム基盤を理解することを目的とする。

褐虫藻との共生を開始する前のミドリイシ属サンゴの幼生に、由来の異なる複数の褐虫藻培養株を感染させ、それぞれの株に対するサンゴの遺伝子発現応答を比較解析することで、本来のサンゴ共生褐虫藻との共生に関わる遺伝子の特定を行った。サンゴ由来の褐虫藻感染時にのみ、代謝系に関わる遺伝子群の発現低下やそれら輸送体の発現上昇が確認された。これらには遺伝子重複により生じた遺伝子がいくつか含まれており、褐虫藻との共生を可能にするサンゴのゲノム基盤の成立には、遺伝子重複が重要であった可能性が示唆された。

18種のミドリイシ科のサンゴのゲノムを解読し、他の公開されているサンゴや刺胞動物との比較ゲノム解析により、現在地球上で最も繁栄している造礁サンゴの一つであるミドリイシ属のゲノムにのみ見られる特徴をいくつか発見した。この中には、褐虫藻との共生への関与が予想される遺伝子もいくつか含まれていた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31

【配分額】17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)

【研究分野】構成的システム生物学

【研究領域課題番号】17KT0027 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

サンゴ / 褐虫藻 / 共生 / ゲノム / 遺伝子

【研究成果の概要】

サンゴは、宿主動物の造礁サンゴと共生している藻類が共生し、あたかも一つの生物、ホロビオントとして生存する。本研究では、サンゴと褐虫藻のゲノム情報を活用し、複雑なサンゴ“ホロビオント”構成原理の解明に挑んだ。サンゴ幼生への褐虫藻培養株の感染実験と網羅的遺伝子発現解析により、共生に関わるサンゴの遺伝子群を特定した。これらの機能推定や進化的背景が明らかになり、多様なサンゴの共生メカニズムの存在が示唆された。

【研究の社会的意義】

異なる褐虫藻感染株をサンゴ幼生へ感染させて、サンゴの遺伝子発現変動を網羅的に解析・比較することで、サンゴと褐虫藻の共生に重要な、サンゴの遺伝子群を特定することができた。これらのいくつかは、特定のサンゴ分類群で遺伝子重複により独自に誕生しており、サンゴの多様な共生メカニズムの存在が示唆された。さらにサンゴから単離された褐虫藻株、褐虫藻との共生様式が異なるサンゴの全ゲノム解読を行い、サンゴと褐虫藻の共生メカニズムをゲノム科学的に多方面から解析する研究基盤を構築した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2017-07-18 - 2021-03-31

【配分額】13,780千円 (直接経費: 10,600千円、間接経費: 3,180千円)

【研究分野】基礎ゲノム科学

【研究領域課題番号】21710199 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

サンゴ / 褐虫藻 / 共生 / 白化現象 / 遺伝子発現応答

【研究成果の概要】

サンゴと褐虫藻の共生システムの分子メカニズムを、次世代シークエンサーを用いて網羅的・ゲノム科学的に明らかにすることを目的とする。トランスクリプトームとゲノムの情報を用いて、サンゴ(コユビミドリイシAcropora digitifera)の全遺伝子を網羅したcDNAマイクロアレイを作成し、ストレス下での遺伝子発現変化を解析した。さらにサンゴのゲノム情報から、ストレス応答に関わっているとされる遺伝子について、ゲノム科学的な解析を行った。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)