全球規模のロドプシン情報基盤の開発ー光利用の環境特性の解明と応用利用に向けてー

开发全球视紫红质信息基础设施 - 阐明光利用的环境特征及其应用 -

• 批准号: 22K15089
• 负责人: 西村 陽介
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K15089/
• 关键词: ロドプシン; メタゲノム; 環境微生物; オプトジェネティクス; データベース; 遺伝子系統; 微生物

微生物型ロドプシンは地球環境に最も普遍的に存在する光受容体の一つであり、その光エネルギー変換機構を通じて、生態系を駆動する太陽光エネルギーの主要な窓口である。環境微生物が持つロドプシンは配列や機能の多様性が著しい。それぞれの環境に生息する微生物にとって、その環境に適したロドプシンを獲得することが環境適応の鍵となっていると考えられる。一方で、ロドプシンは光遺伝学の実験系や眼科疾患の治療における利用が進んでおり、応用面でも大きな注目を集めている。本研究は、「ロドプシンによる光利用が微生物の環境適応に及ぼした影響の解明」と、「ロドプシンの応用利用に最適化された配列の探索」を目的とする。具体的には、メタゲノムビッグデータに含まれるロドプシン遺伝子の全球的探索と網羅的系統解析を行い、関連する情報（生物系統・環境特性・機能・配列的特徴など）を統合した「全球規模のロドプシン情報基盤」の構築を行う。それにより、「微生物の環境特異的な光利用戦略」についての包括的な検証と、光受容体ツールとしてのロドプシンの応用利用を推進する。今年度は、網羅的なタンパク質配列データベースであるUniParcや、大規模メタゲノム・トランスクリプトームデータから27万以上のロドプシン配列を収集した。UniParcに由来する配列を中心に5,448配列からなるリファレンス系統樹を作成し、既知のロドプシン機能情報や生物系統情報を参考に63個のクレードを定義した。既報のロドプシン機能情報については、文献を用いた情報収集を網羅的に行い、288のロドプシンについてその機能情報を整備した。メタゲノムやトランスクリプトームに由来する莫大な配列については、独自の解析パイプラインを開発し、それぞれの配列について63個のクレードのどれに相当するかを推定した。

Microorganisms are the most common species in the Earth's environment, and they are the main source of sunlight. The diversity of environmental microorganisms in different species and functions is very important. The environment is suitable for microorganisms living in the environment, and the environment is suitable for the environment. The application of optical genetics in the treatment of eye diseases is of great importance. The purpose of this study is to "understand the environmental adaptation and influence of light utilization on microorganisms" and "explore the optimization and allocation of light utilization". Specifically, we will integrate the information (human body system, environmental characteristics, functions, and characteristics of the arrangement) from the global exploration and network analysis to the construction of the "global scale database". In this context, the "Environment-specific Photo-utilization Strategy for Microorganisms" includes the promotion of photo-detection and photo-receptor utilization. This year, the company has collected more than 270,000 items from its large-scale distribution network. UniParc has 5,448 configuration centers and 63 references to create and reference the system tree. The functional information of the existing newspapers and websites is compiled, the information collection of the literature is collected, and the functional information of the 288 websites is compiled. 63 of the 63 pairs of pairs.

项目成果

Distribution and survival strategies of diazotrophs in the Arctic Ocean revealed by global-scale metagenomic analysis

• DOI: 10.1101/2022.10.28.514325
• 发表时间: 2022-10
• 期刊: bioRxiv
• 作者: T. Shiozaki;Y. Nishimura;Susumu Yoshizawa;H. Takami;K. Hamasaki;A. Fujiwara;S. Nishino;N. Harada