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

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。

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。