2022/01/21

海洋細菌叢・ウイルス叢が持つDNA化学修飾(エピゲノム)を大規模に解明

プレスリリース

Figure1

Diverse DNA modification in marine prokaryotic and viral communities.

Satoshi Hiraoka, Tomomi Sumida, Miho Hirai, Atsushi Toyoda, Shinsuke Kawagucci, Taichi Yokokawa, Takuro Nunoura

Nucleic Acids Research 2022 January 21 DOI:10.1093/nar/gkab1292

プレスリリース資料

国立研究開発法人海洋研究開発機構(理事長 松永 是)海洋機能利用部門 生命理工学センター 深海バイオリソース研究グループの平岡 聡史 研究員らは、情報・システム研究機構 国立遺伝学研究所と共同で、房総半島沖から採取された海水試料を分析し、海洋微生物叢が持つゲノム上のDNA化学修飾(エピゲノム)を大規模に明らかにしました。

細菌や古細菌、二本鎖DNAウイルスは、ヒトなどの真核生物と同様に、生体内でゲノムDNAに化学修飾が起きることが知られており、生理学的に重要な役割を担うと考えられています。そのため、微生物のゲノム情報や遺伝子情報とあわせてエピゲノム情報を取得し、その機能を明らかにしていくことは、海洋や土壌、腸内といったさまざまな環境に生息する微生物の生理生態を理解する上で重要です。しかしながら、DNA化学修飾を観測する技術的な難しさや、環境中の微生物叢の大半を占める未培養系統が存在するため、微生物エピゲノムに関する研究は十分に進んでいません。

そこで本研究では、メタゲノム解析とエピゲノム解析を組み合わせた「メタエピゲノム解析」 と呼ばれる非培養的な解析手法を利用して、表層から深海に至る4層の海水試料を対象に、微生物叢が持つDNA化学修飾をより大規模に解析しました。その結果、海洋微生物叢が持つエピゲノムの多様性や系統的分布が、初めて明らかになりました。さらに、これらのDNA化学修飾を引き起こす新規酵素を複数発見したほか、より詳細なゲノム解析からDNA化学修飾が微生物の進化や生態に密接に関わることが示唆されました。本研究は、塩基配列のみを解析対象とする狭義のゲノム解析を越えて、DNA化学修飾(エピゲノム)をも含む広義のゲノム解析を行うことで、微生物の生理生態や進化により深くアプローチできることを示した成果です。

本成果は「Nucleic Acids Research」に1月21日付でオンライン公開されました(オープンアクセス)。

なお、本研究の一部は文部科学省 科学研究費補助金(JP16H06429、JP16K21723、JP16H06437、JP19H05684、JP19H05679)、日本学術振興会 科学研究費補助金(P18K11636、JP19H04246、JP19K21203、JP20K15444、JP20H02020)、および公益財団法人発酵研究所 若手研究者助成(Y-2020-2-017)によって実施されました。

遺伝研の貢献
海洋微生物叢を対象とした大規模なメタエピゲノム解析を目指して、表層から深海に至る海水試料からPacBio SequelとOxford Nanopore GridIONを用いてゲノム情報を整備しました。

Figure1
図: 微生物エピゲノムの概要。代表的なDNA化学修飾の例(左)と、DNA化学修飾が担っている機能の一般的な例(右)を示した。 ※画像素材として、Togo Picture Gallery(© 2016 DBCLS TogoTV)を利用。

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