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共生関係への移行に伴う遺伝子代謝ネットワークの再編成

研究報告コード R040000092
掲載日 2007年5月18日
研究者
  • 四方 哲也
研究者所属機関
  • 大阪大学大学院情報科学研究科
研究機関
  • 大阪大学
報告名称 共生関係への移行に伴う遺伝子代謝ネットワークの再編成
報告概要 2種生物の共生系形成過程は、1つの生物にとって、過去に全く遭遇したことのない未知の生物が環境に突然現れることから始まる。その際、生物は遺伝子代謝ネットワークを変化させて、もうひとつの未知の生物という新しい環境に柔軟に適応する必要がある。この環境変化は過去に経験したことがないので、それに対応する遺伝的プログラム、または、分子認識機構を生物があらかじめ用意していることはない。前もってプログラムが用意されていない環境変化に対して、どのように遺伝子代謝ネットワークは適応するのであろうか?この問題は、現代社会に存在する様々なネットワークを融合させる際に生じる共通も問題である。独立に発達した複数ネットワークを融合するにはどのような仕組みがありえるだろうか?このプロジェクトは、新しい共生系の形成過程の解析から、生物の非線形ネットワークの示す柔軟な環境適応性の基礎的知見を得ることを当初計画とした。具体的には独立に進化してきた2種の生物、粘菌と大腸菌の新規共生系形成過程を解析した。その結果、1)その形態変化と遺伝子代謝ネットワークの再編成を明らかにした。2)遺伝子代謝ネットワークの再編成(進化、分化、環境適応)で保存される規則として、傾き-2をもつべき乗則が発見された。さらに、上記の当初計画に加えて、ネットワーク融合に関する上記の疑問に答えるために、より単純で解析が容易な系として大腸菌を用いて、遺伝子代謝ネットワークが安定に融合共生するための論理を探求した。その結果、3)競争関係にある大腸菌を一定環境で進化させると、細胞間相互作用によって共生関係へ移行することが分かった。4)以上の実験をもとに、非線形ネットワークがしめす環境応答機構として、「アトラクター選択」が提案され、大腸菌を用いて、実験的に証明された。
研究分野
  • 遺伝的変異
  • 集団遺伝学
  • 分子遺伝学一般
  • 生態系
  • 異種生物間相互作用
関連発表論文 (1) Sato K., Ito Y., Yomo T., Kaneko K. (2003) On the Relation between Fluctuation and Response in Biological Systems. Proc. Nati. Acad. Sci. USA, (in press)
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(3) Tokunki N., Kinjo M., Negi S., Hoshino M., Goto Y., Urabe I., Yomo T. (2003) Protein Folding by the Effects of Macromolecular Crowding. Protein Science, (in press)
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(5) Todoriki M., Oki S., Matsuyama S.-1., Urabe I., Yomo T. (2002) Unique colony housing the coexisting escherichia coli and dictyostelium discoideum. J. Biol. Phys., 28(4): 793-797.
(6) Yomo T. (2002) Molecular evolution in static and dynamical landscapes. J. Biol. Phys., 28(3): 471-482.
(7) Terada T. P., Sasai M., Yomo T. (2002) Conformational change of the actomyosin complex drives the multiple stepping movement. Proc. Nati. Acad. Sci. USA, 99(14): 9202-9206.
(8) Kaneko K., Yomo T. (2002) Symbiotic sympatric speciation through interaction-driven phenotype differentiation. Evol. Ecol. Res., 4(3): 317-350.
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(10) Yamauchi A., Nakashima T., Tokuriki N., Hosokawa M., Nogami H., Arioka S., Urabe I., Yomo T. (2002) Evolvability of random polypeptides through functional selection within a small library. Protein Eng., 15(7): 619-626.
(11) Matsuura T., Yamaguchi M., Ko-Mitamura E. P., Shima Y., Urabe I., Yomo T. (2002) Importance of compartment formation for a self-encoding system. PNAS, USA, 99(11): 7514-7517.
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(14) Yu, W. Sato K., Wakabayashi M., Nakaishi T., Ko-Mitamura E. P., Shima Y., Urabe I., Yomo T. (2001) Synthesis of functional protein in liposome. J. Biosci. Bioeng., 92: 590-593.
(15) Tokuriki, N., Sakamoto, K, Waluyo, D., Makino, Y., Ogasahara, K., Yutani, K., Urabe, I., Yomo, T. (2001) Effects of amino acid substitution on the physicochemical properties of artificial proteins with random sequences. J. Biosci. Bioeng., 92: 167-172.
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研究制度
  • さきがけタイプ 「協調と制御」領域
研究報告資料
  • 四方 哲也. 共生関係への移行に伴う遺伝子代謝ネットワークの再構成. 「さきがけタイプ」「協調と制御」領域 研究報告会講演要旨集(研究期間2000-2003),2003. p.98 - 107.

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