大腸菌培養系を用いた遺伝的多様化過程の解析

生物進化に重要な役割を果たしていると考えられる遺伝的多様化の過程を実験室内で再現すること、またこの過程において集団内の各遺伝子型が示す表現型がどのような役割を演じているかを解析することを目的として研究を行っている。実験では、低活性のグルタミン合成酵素(GS)を持つ遺伝的にヘテロな大腸菌の集団を、グルタミンなしの最少培地で培養する。前年度に、表現型の指標であるGSの発現量を蛍光強度として観測するため、菌体内でGSと緑色蛍光タンパク質(GFP)との融合タンパク質を発現する株を作成した。しかしその後の研究で、この融合タンパク質は細胞内で凝集してしまうため、GFP蛍光強度はGS発現量を反映していないことが分かった。そこで、GSとGFPをタンデムに発現する株を作成し蛍光顕微鏡観察してみると、細胞内でGFPが凝集することなくきれいに光っていた。この株のGS部分に変異を導入して最少培地プレート上にまき、増殖の悪いクローンを選択することで、低活性のGSを持つ株を取得した。この株を親株としてGS部分にさらに変異を加え、29種類の遺伝子型からなる第一世代の菌体集団を作成した。第一世代の菌体集団を試験管で菌体数が安定するまで植え継ぎ培養した。最終的に残った菌体のGSの遺伝子型を調べた結果、解析したサンプル全てが同じ塩基配列を持っていることが分かった。このように、第一世代では遺伝的多様化は見られなかった。しかしながら、定常状態での菌体濃度は親株単独で培養したときよりも上がっており、菌体間にはより強い相互作用が働いていると考えられる。第一世代では見られなかった複数の遺伝子型の共存が、さらに何世代かまわすことで観察されると期待される。以上、遺伝的多様化の過程を解析するための系を確立できた。

生物進化に重要な役割を果たしていると考えられる遺伝的多様化の過程を実験室内で再現すること、またこの過程において集団内の各遺伝子型が示す表現型がどのような役割を演じているかを解析することを目的として研究を行っている。実験では、低活性のグルタミン合成酵素(GS)を持つ遺伝的にヘテロな大腸菌の集団を、グルタミンなしの最少培地で培養する。前年度に、表現型の指標であるGSの発現量を蛍光強度として観測するため、菌体内でGSと緑色蛍光タンパク質(GFP)との融合タンパク質を発現する株を作成した。しかしその後の研究で、この融合タンパク質は細胞内で凝集してしまうため、GFP蛍光強度はGS発現量を反映していないことが分かった。そこで、GSとGFPをタンデムに発現する株を作成し蛍光顕微鏡観察してみると、細胞内でGFPが凝集することなくきれいに光っていた。この株のGS部分に変異を導入して最少培地プレート上にまき、増殖の悪いクローンを選択することで、低活性のGSを持つ株を取得した。この株を親株としてGS部分にさらに変異を加え、29種類の遺伝子型からなる第一世代の菌体集団を作成した。第一世代の菌体集団を試験管で菌体数が安定するまで植え継ぎ培養した。最終的に残った菌体のGSの遺伝子型を調べた結果、解析したサンプル全てが同じ塩基配列を持っていることが分かった。このように、第一世代では遺伝的多様化は見られなかった。しかしながら、定常状態での菌体濃度は親株単独で培養したときよりも上がっており、菌体間にはより強い相互作用が働いていると考えられる。第一世代では見られなかった複数の遺伝子型の共存が、さらに何世代かまわすことで観察されると期待される。以上、遺伝的多様化の過程を解析するための系を確立できた。