共生進化の鍵となる遺伝子水平転移：その分子プロセスの解明

水平基因转移，共生进化的关键：阐明分子过程

基本信息

批准号：
17J04887
负责人：
畑貴之
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Kyoto Prefectural University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

遺伝子の水平転移は、生物の進化や多様化に大きく貢献してきたと考えられている一方で、その分子メカニズムについては未解明な部分が多い。本研究では、遺伝子の水平転移現象の実験的再現により「転移遺伝子が、転移先の核ゲノムで発現能を獲得する分子プロセス」の解明を試みた。最終度はまず、植物の核ゲノムに導入した外来のコード配列の転写開始点（TSS）の細分類化を行い、外来コード配列挿入に伴う新生TSS（= de novo TSS）と、既存のプロモーター領域を利用したTSSとを明確に区別した。de novo TSSは、受容ゲノム中に既存のプロモーター様配列やエピゲノム状態とは関係なく、挿入配列の上流100bpの領域で集中して活性化されていた。また興味深いことに、翻訳開始シグナルとして知られるKozak配列を有するORFを特異的に避けて分布していた。しかし、本実験では、挿入配列の発現や機能に基づく細胞選抜は行っておらず、たかだか10-20回程度の体細胞分裂しか経ていない。このことは、de novo TSSとは、ランダムに生じたバックグラウンドノイズではなく、ゲノムのもつ機能として、獲得したコード配列に対して自律的かつ迅速な転写活性化・選抜を経た結果であることを示唆している。以上を踏まえ、ゲノム中で生まれたばかりの遺伝子配列に転写能を賦与する過程を組み込んだ、新しい遺伝子進化のモデルを構築した。また、外来遺伝子配列周辺のエピゲノム状態を解析するために開発を試みた1分子エピゲノム解析法については、予備実験までしか進むことができなかった。しかし、その過程で、当初計画案よりも発展・応用性の高い新規アイデアの着想に至り、かつ、本手法を確立する上での技術的問題点も明らかとなっている。現在、それらを克服すべく系の改良を進めている。

虽然水平基因转移被认为对生物体的进化和多样化做出了巨大贡献，但它们的分子机制有许多未知方面。在这项研究中，我们试图阐明“易位基因具有在易位靶标的核基因组中表达的分子过程”，通过实验再现基因的水平转移现象。首先，最终程度是分类引入植物的核基因组的外国编码序列的转录起源（TSS），并明确区分了与插入外域编码序列和利用现有启动子区域的TSS相关的新生TSS（= de Novo TSS）。从插入序列上游的100 bp的受体基因组中浓缩并激活了从头开始，与现有启动子样序列或表观基因组状态无关。有趣的是，它是特异性地避免使用Kozak序列称为翻译起始信号的ORF。但是，在此实验中，没有根据插入序列的表达或功能进行细胞选择，并且仅进行10-20次体细胞分裂。这表明从头开始不是随机生成的背景噪声，而是自主和快速转录激活的结果以及对获得的编码序列作为基因组的函数的选择。基于上述，我们构建了一种新的基因演化模型，该模型结合了将转录能力赋予基因组中新生基因序列的过程。此外，开发用于分析外依性基因序列的表观基因组状态的单分子表观基因组分析方法只能进行初步实验。但是，在此过程中，我们提出了比原始计划更发达和适用的新想法的想法，并且在建立此方法时也揭示了技术问题。目前，我们正在努力改进系统以克服这些问题。