進化的特徴の類似性に基づくゲノム網羅的な共生遺伝子の探索-数理と実験の統合解析-

点击翻译按钮获取中文摘要

共生関連遺伝子の進化的特徴の解析により、nod遺伝子群の転写因子として働くnodD遺伝子には,遺伝子重複と正の自然選択が、またNod因子の基質となる単糖の合成に働くnodM遺伝子には、2つの独立な系統における遺伝子機能の平行進化が発見された。さらに、Nod因子の宿主特異的な修飾に働くnodEF遺伝子群において、遺伝子水平移行に伴う宿主特異性進化が起きたことが推定された。このような共生遺伝子の特徴のうち、遺伝子水平移行と遺伝子重複に焦点を当て、23個の根粒形成遺伝子nodA-Zについて解析したところ、18遺伝子が本研究の方法で予測可能であることがわかった。そこでMesorhizobiumゲノムの遺伝子配列を用い100種強のバクテリアと比較ゲノム解析した結果、共生アイランド全体の検出に成功した。一方でこの領域内に数多くの共生とは関係のないハウスキーピング遺伝子の存在が推測され、ここから複数回の共生アイランド水平移行とゲノム内遺伝子転移の可能性が示された。さらに本解析による機能推定により1つ1つの共生関連遺伝子(nod, nol, nif, fix genes)の検出に成功し、また共生アイランドの外に今まで共生への関与が知られていなかった数多くの遺伝子が発見された。本当に新しい共生関連遺伝子が、これらの推定で発見し得たのかどうかを調べるため、推定遺伝子の遺伝子破壊菌株を作成し、植物に感染させた。過去の多くの研究で見つかったのと同様な、着生数低下型の遺伝子がいくつか見つかった他に、逆に遺伝子破壊により着生数が増える遺伝子を発見した。根粒菌着生域の半径を測定したところ、野生株よりも遺伝子破壊株の方が、半径が小さくなるという結果を得た。これはホスト側の表現型可塑性戦略により、1つあたりの共生体積の減少が感染数で補償されている可能性を示し、詳しい機能解析を現在行っている。