Microbial genome resource mining of Japanese agricultural soil

日本农业土壤微生物基因组资源挖掘

• 批准号: 22K17999
• 负责人: 西田 暁史
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Tokyo University of Agriculture
• 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-22K17999/
• 关键词: メタゲノム; 無細胞タンパク質合成系; 機械学習; フィターゼ; 根圏土壌; 微生物

本課題ではまず日本の農業土壌を採取し、微生物DNAを抽出し、メタゲノム解析することで有用遺伝子を収集する。次いで有用遺伝子の１つとしてフィチン酸を分解し土壌に蓄積したリンを植物が利用できるかたちに溶解するフィターゼに着目し、多様な微生物のフィターゼ遺伝子を活性評価する。さらに多様な微生物のフィターゼ遺伝子を生成モデルによって特徴抽出し、活性のある塩基配列を解析するとともに、低pHでの機能活性など特性が付加されたフィターゼ遺伝子を生成する計画である。土壌の採取とメタゲノム解析に関しては、トマト青枯れ病が発生した２圃場の土壌や有機農業の土壌から15検体、比較対象として里山土壌から3検体、新規につくられた圃場から9検体を採取した。そして微生物DNAを抽出し、シーケンシングを完了した。このシーケンシングデータをもとにMetagenome assembled genomeを構築するが、KBase（D. Chivian et al., Nature Protocols, 2022）を用いて現在実施中である。多様な微生物のフィターゼ遺伝子の活性評価に関しては、遺伝子の大規模テストを見据えて、遺伝子組換えと培養時間を省略できるハイスループット評価系である無細胞タンパク質合成系を用いる計画である。大腸菌BL21株由来の細胞抽出液を用いた無細胞タンパク質合成系を作製し、遺伝子発現することに成功した。生成モデルに関しては、遺伝子配列を試験的に学習させ、特徴抽出することに成功した。今後はより多くの遺伝子配列データを学習させる予定である。

在这个主题中，通过首先收集日本农业土壤，提取微生物DNA和宏基因组分析来收集有用的基因。接下来，有用的基因集中在分解植酸并溶解在土壤中以植物可以使用的形式积累的磷的植物酶，并评估了多种微生物中植物酶基因的活性。此外，该计划是使用生成模型从各种微生物中提取植物酶基因，分析活跃的碱序列，并生成具有附加特征的植物基因，例如低pH值的功能活性。关于土壤收集和宏基因组分析，从发生番茄繁殖疾病的两个领域和有机耕作土壤中收集了15个标本，来自Satoyama土壤的3个标本进行比较，以及来自新创建的领域的9个标本。然后提取微生物DNA并完成测序。元基因组组装的基因组是基于此测序数据构建的，目前正在使用KBase（D。Chivian等人，自然协议，2022年）。为了评估植物酶基因在各种微生物中的活性，我们计划使用无细胞蛋白质合成系统，这是一种高通量评估系统，可以忽略基因重组和培养时间，并着眼于大规模测试基因。使用源自大肠杆菌菌株BL21的细胞提取物制备无细胞蛋白质合成系统，并成功表达为基因。关于生成模型，我们在试验的基础上成功训练了基因序列并提取了这些特征。将来，我们计划学习更多基因序列数据。