シアノバクテリア遺伝子のゲノムワイドな機能クラスタリング

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現在までに数多くの生物において、全ゲノムのシークエンスが完了し、その網羅的解析が進行中である。光合成のモデル生物として非常に重要な位置をしめるSynechocystisにおいても、かずさDNA研究所によってその全ゲノムのシークエンスが完了し、ゲノムがコードする遺伝子の数はおよそ3,200と見積もられている。ところが、これらの遺伝子の機能解析は、残念ながら網羅的とはとうてい言えない状況である。本研究では、クロロフィル蛍光の2次元画像の時間変化を用いて、シアノバクテリアにおいては、光合成関連遺伝子だけではなく、ほとんどすべての代謝系の遺伝子の変異を、光合成色素であるクロロフィルの蛍光の変化としてとらえうることを見いだした。そして、この新たに開発された方法を用いて、以下の結果を得た。当初、ランダムな遺伝子変異によるスクリーニングを進めたが、その場合、蛍光によって表現型を解析できる変異株の数は、対象とした遺伝子の約2%にしかならないことが明らかとなった。そこで、トランスポゾンにより遺伝子が破壊されたコンストラクトをクローン化し、破壊された遺伝子の配列を決定したもの67株について、改めて蛍光による表現型解析を行なった。その結果、40株で蛍光の表現型が野生株と異なり、本方法によって表現型の解析が可能な遺伝子は約5割に達する可能性が示された。蛍光の表現型が野生型と異なった変異株には、光化学系IIの遺伝子、サイクリック電子伝達に関与すると言われている遺伝子、シグマ因子などさまざまな遺伝子があり、蛍光による遺伝子クラスタリングによって、遺伝子の機能解析を進めることができる可能性が示された。