環境周期変動に対する転写・翻訳応答機構の実験進化による創出

当研究では、貧栄養と富栄養環境が周期的に訪れる条件で、生物がどのように適応・進化し、生存・増殖を行っていくかを解明することを目指してきた。本研究では大腸菌を用いて、貧栄養環境でも長期生存可能であり、富栄養環境でも増殖可能である戦略の理解を目指してきた。採用第一年度、第二年度目で、大腸菌の貧栄養環境での長期生存ダイナミクスを様々な条件下で測定したところ、貧栄養環境下での生存率が死細胞由来の栄養濃度に大きく依存すること、細胞濃度依存的な増殖・死滅速度変化の二つが重要であることが新たに明らかになった。加えて、こうした活動の実現に特定の変異体の出現を必要としないことも明らかになった。これらの知見を基に、採用第三年度目では貧栄養環境での細胞の生存に重要となる細胞内活動を、網羅的な遺伝子発現プロファイル解析から見積もった。本研究結果から、貧栄養環境での生存には、細胞由来の栄養や、生細胞濃度が重要であることが示唆されていたため、それらの違いによって特に発現量が変化する遺伝子カテゴリーを抽出した。糖などの栄養が利用できる富栄養環境下に比べて、死細胞由来の栄養を利用する長期貧栄養条件では、増殖に十分な栄養があるにも関わらず、一部のストレス応答性遺伝子の発現を活性化させ、逆に増殖に必要な遺伝子の発現が抑制されていることが明らかになり、長期貧栄養環境での低い増殖・死滅速度の保持に重要な分子機構が遺伝子発現レベルで裏付けられた。また、細胞濃度の低下により活性化、抑制される遺伝子発現も明らかとなり、細胞濃度依存的増殖・死滅速度変化に重要となる機能も遺伝子発現レベルで推定された。従来の研究では、長期の貧栄養環境での生存に重要と推定される遺伝子発現についての知見は十分では無かったが、本研究のこれらの遺伝子発現解析の結果、数ある機能や遺伝子の中から、生存に寄与する遺伝子群を絞り込むことに成功した。

当研究では、貧栄養と富栄養環境が周期的に訪れる条件で、生物がどのように適応・進化し、生存・増殖を行っていくかを解明することを目指してきた。本研究では大腸菌を用いて、貧栄養環境でも長期生存可能であり、富栄養環境でも増殖可能である戦略の理解を目指してきた。採用第一年度、第二年度目で、大腸菌の貧栄養環境での長期生存ダイナミクスを様々な条件下で測定したところ、貧栄養環境下での生存率が死細胞由来の栄養濃度に大きく依存すること、細胞濃度依存的な増殖・死滅速度変化の二つが重要であることが新たに明らかになった。加えて、こうした活動の実現に特定の変異体の出現を必要としないことも明らかになった。これらの知見を基に、採用第三年度目では貧栄養環境での細胞の生存に重要となる細胞内活動を、網羅的な遺伝子発現プロファイル解析から見積もった。本研究結果から、貧栄養環境での生存には、細胞由来の栄養や、生細胞濃度が重要であることが示唆されていたため、それらの違いによって特に発現量が変化する遺伝子カテゴリーを抽出した。糖などの栄養が利用できる富栄養環境下に比べて、死細胞由来の栄養を利用する長期貧栄養条件では、増殖に十分な栄養があるにも関わらず、一部のストレス応答性遺伝子の発現を活性化させ、逆に増殖に必要な遺伝子の発現が抑制されていることが明らかになり、長期貧栄養環境での低い増殖・死滅速度の保持に重要な分子機構が遺伝子発現レベルで裏付けられた。また、細胞濃度の低下により活性化、抑制される遺伝子発現も明らかとなり、細胞濃度依存的増殖・死滅速度変化に重要となる機能も遺伝子発現レベルで推定された。従来の研究では、長期の貧栄養環境での生存に重要と推定される遺伝子発現についての知見は十分では無かったが、本研究のこれらの遺伝子発現解析の結果、数ある機能や遺伝子の中から、生存に寄与する遺伝子群を絞り込むことに成功した。