해양 연구 개발 기관, 국가 연구 개발 기관
University of Tokyo, 안전한 슬롯사이트
Riken National Research and Development Corporation
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국가 연구 개발 기관, 과학 기술 기관 (JST)
◆ 발표의 포인트
- 맹그로브와 같은 다양한 환경에 살고있는 시아 노 박테리아의 대규모 게놈 데이터에서, 광합성과는 다른 새로운 그룹의 "미생물로 돕신"이 발견되었으며, "시아 노르 호 팝신 -II (cyr-II)"라고 명명되었습니다.
- Cyr-II는 녹색 빛과 노란색 빛, 다른 서식지에서 파생 된 녹색광 유형의 맹그로브와 해양 미생물 매트, 퇴적물과 토양에서 파생 된 노란색광 유형으로 나뉩니다. 따라서, 시아 노 박테리아는 상이한 파장을 사용하여 Cyr-II를 획득함으로써 각각의 가벼운 안전한 슬롯사이트에 적응 한 것으로 여겨진다.
- 상세한 게놈 분석에 따르면 시아 노 박테리아는 수평 유전자 전염을 통한 Cyr-II 외에 다양한로 돕신을 획득하고 진화시키는 것으로 나타났습니다. 이 연구는 진화 동안 획득 한 로돕신이 시아 노 박테리아에 대한 새로운 가벼운 이용 전략을 초래했음을 보여줍니다.
해양 연구 개발을위한 국가 기관의 Hasegawa Manjun 박사 연구원 (Yamato Hiroyuki, 이하 "Jamstec"이라고 함) 및 연구원 Nishimura Yosuke 및 Nakajima Yu, Biotechnical Engineering의 센터, New Areation Science and Technology의 대학원, Tokyo의 대학원, Interkyo의 대학원, Intercuat of the Intercuate of the Intercuat. 대기 해양 연구, 팀장 시라 미카 코 (Shiramizu Mikako) 및 엔지니어 인 호소사카 토시시아 (Hosaka Toshiaki) 엔지니어 오카 (Hosaka Toshiaki)는 야마 대학의 수도 유우키 (Sudo Yuuki)로 구성된 다양한 환경에서 얻은 대규모 메타 게놈 데이터를 포괄적으로 탐구함으로써 야마 대학의 수도 유우키 (Sudo Yuuki)와 강사 인 Kojima Keiichi (Microbial Rhodopin)의 새로운 그룹을 발견 한 연구 그룹으로 구성된 연구 그룹을 구성했습니다. "Rhodopsin")는 광합성과 다른 가벼운 이용 시스템, 시아 노 박테리아, 가장 오래된 광합성 유기체로 알려진 "Cynorhodopsin-II (Cyr-II)"라고 명명되었습니다.
섬 국가 인 일본에서는 다양한 해산물을 즐길 수 있습니다. 이것을 육성하는 바다의 생태계는 시아 노 박테리아 및 조류를 포함한 광합성 미생물입니다. 그들은 태양 에너지를 광합성을 통해 화학 에너지로 변환하여 생산하는 데 사용하는 유기물을 생태계로 가져옵니다. 그러나 2000 년대에, 태양 에너지를 화학 에너지로 전환하는 시스템 인 미생물로 콥신 (Rhodopsin이라고 함)이 광합성을 수행하지 않는 해양 박테리아에서 안전한 슬롯사이트되었을 때, 더 다양한 미생물이 이전에 생각했던 것보다 빛을 활용할 수 있다는 것이 분명해졌습니다. 유전자 분석 기술의 후속 발달로서, Rhodopsin 유전자는 바다, 담수 및 온천을 포함한 다양한 환경에 사는 미생물로 퍼져 있음이 분명해졌습니다.
우리 그룹은 광합성 시아 노 박테리아가 또한 Rhodopsin 유전자를 가지고 있으며, 그 중 다수는 담수 안전한 슬롯사이트에 살고 있으며 Cyanorhodopsin (CYR)이라는 Rhodopsin 그룹이 있다고보고했습니다. Cyr는 세포 내에서 수소 이온 (H+)를 배출하여 화학 에너지를 생성합니다. 또한, Cyr는 광합성에 의해 사용되지 않는 녹색 빛을 사용하기 때문에, Cyr와의 시아 노 박테리아는 광합성과 로돕신을 모두 사용하여 빛을 효율적으로 이용한다고 생각된다. (도쿄 대학교 대기 해양 연구소 연구 주제1)
그러나, 우리는 "시아 노 박테리아로 돕신이 이용할 수있는 유일한 빛입니까?" 그리고 "바다의 시아 노 박테리아는 실제로로 돕신을 가지고 있습니까?" 이러한 배경에 비해, 우리 그룹은 시아 노 박테리아에 의해 소유 된 로돕신 유전자를 검색하여 다양한 환경에서 얻은 메타 게놈 정보를 대상으로했습니다. 결과적으로, 우리는 시아 노 박테리아 만 가지고있는 새로운로 돕신 그룹을 발견하고 "시아 노르 호프 신 -II (Cyr-II)"라고 불렀습니다.
Cyr-II의 기능을 검사 한 후, Cyr-II는 광 에너지를 사용하여 세포 내부에서 CYR과 마찬가지로 수소 이온 (H+)를 배출하는 것으로 밝혀졌습니다. 다른 한편으로, Cyr-II에 의해 흡수 된 빛의 파장을 검사 할 때, 두 가지 유형의 Cyr-II가있는 것으로 밝혀졌다. 우리는 단백질 구조에서 사용 된 빛의 색상에서 이러한 차이의 원인을 조사한 결과, 원인이 로돕신에 결합하는 망막 안료 주변의 구조에서 약간의 차이라는 것을 안전한 슬롯사이트했습니다.
또한, Cyr-II에 의해 사용되는 빛의 색의 차이는 Cyr-II를 운반하는 시아 노 박테리아 서식지와 밀접한 관련이 있음이 밝혀졌다. 녹색 빛을 사용하는 Cyr-II는 맹그로브와 해안 미생물 매트 및 바이오 필름에 분포되며, 노란색 빛을 사용하는 Cyr-II는 퇴적물과 토양에 분포됩니다. 이것은 시아 노 박테리아가 다른 파장을 사용하는 Cyr-II를 획득함으로써 각각의 가벼운 안전한 슬롯사이트에 적응했음을 시사한다.
또한,이 연구에서 상세한 게놈 분석에 따르면 시아 노 박테리아는 수평 유전자 전염을 통한 Cyr-II 외에 다양한로 듀신을 획득하고 진화시켰다. 이 결과는 2020 년부터 "절인 시아 노 박테리아에는로 콥신이 없다"는 결과를 뒤집으며, 맹그로브 및 해안 지역과 같은 뇌한 해수에서 얻은 다양한 해수에서 얻은 시아 노 박테리아의 게놈 정보를 대상으로 할 수 있다고 말할 수 있습니다. 특히 로돕신은 해안보다 해안을 따라 사는 시아 노 박테리아에서 더 흔하며 해안 생태계의 가벼운 이용 메커니즘에 대한 새로운 관점을 가져옵니다. 또한, 우리는 Rhodopsin을 사용한 시아 노 박테리아가 단일 세포에 사는 것보다 끈적 끈적한 현 또는 형태 클러스터를 갖는 세포에서 더 흔하다는 것을 발견했다. 실-유사 또는 클러스터의 형성은 다른 세포에 더 가깝게 가져 오며, 이는 세포들 사이의 빛을위한 전투를 일으킨 것으로 생각된다. 로돕신을 사용하여 빛을 활용하는 능력은 다른 사람들과 빛을 향해 경쟁하는 환경에서 생존하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이러한 발견은 시아 노 박테리아가 새로운 로돕신-매개 가벼운 이용 전략을 획득함으로써 진화를 통해 각각의 서식지에 적응했음을 시사한다.
이전의 연구에 따르면 시아 노 박테리아는 다양한 가벼운 환경에 적응하기 위해 광합성 메커니즘을 다각화 한 것으로 나타났습니다. 이 발견은 시아 노 박테리아의 진화와 환경 적응 궤적의 진화에 "Rhodopsin"이라는 새로운 핵심 플레이어가 있으며, 시아 노 박테리아는 "Rhodopsin"의 획득을 통해 다양한 가벼운 환경에 적응했다고 제안합니다.
이 발견은 11 월 1 일자 국제 미생물 생태 저널 "ISME Journal"(일본 시간)에 발표 될 것입니다. 또한,이 연구 중 일부는 일본 과학 연구 보조금 프로그램 (JP19J21582, 22KJ3197, JP17K07324, JP20H05450, JP21H02446, JP15K14601, JP22H00557)의 지원으로 수행되었습니다. (JP23AMA121001 (지원 번호 1455, 1463) 및 JP23AMA121013), 교육, 문화, 스포츠, 과학 및 기술의 "해양 생물에 대한 빅 데이터 사용에 대한 고급 기술"(JPMXD1521474594), 일본 과학 및 기술 기관 (JPMJPR23G9) 및 ACT-X-X. (JPMJAX21BK).
■ 종이 정보
제목 : Cyanorhodopsin-II는 Cyanobacteria 내에서 황색 흡수 양성자 펌핑 Rhodopsin clade를 나타냅니다.
저자 : Hasegawa Mansumi1*, Hosaka Toshiaki2, Kojima Keiichi3, Nishimura Yosuke1, Kurihara Marie4, Nakajima Yu1, Kei Yoshiko2, someya tomomi2, Shiramizu Mikako2, Sudo Yuuki3, Yoshizawa Susumu5,6,7*
1. 일본 해양 연구 개발 기관, 2. 생명 및 기능 과학 센터, Riken, 3. Okyama University, Okyama University의 의료 및 치과 대학원, 의료 및 치과 학부, 5. 도쿄 대학교, Dokyo University, University of Tokyo의 대학원 콜라토리 연구소, 7.
*공동 책임있는 저자
doi :
<자세한 발표 세부 사항>
가장 오래된 광합성 유기체 인 "Cyanobacteria"에 대한 새로운 조명 활용 시스템을 발견 함 -Rhodopsin에 의한 환경 적응의 궤적 -
<연락처>
(이 연구에 대해)
해양 연구 개발 기관, 국립 연구 개발 기관
박사후 연구원 Hasegawa Mansumi, 초대형 연구 개발 부서
전화 : 046-867-9661
University of Tokyo University University Corporation New Area Creation Science/Atmosphere and Ocean Research Institute, 해양 생태계 과학과
부교수 Yoshizawa Susumu
전화 : 04-7136-6419
Riken National Research and Development Corporation
기술자, Technaka Toshiaki, Shiramizu Mikako 팀 리더
전화 : 045-503-9647
Academic Research Institute of Medical and Dentistry and Pharmaceutical Sciences, 안전한 슬롯사이트, 안전한 슬롯사이트
Sudo Yuuki 교수
전화 : 086-251-7945
(JST 사업에 관한)
일본 과학 기술 기관
Life Innovation Group, Okiyo Miho, 전략적 연구 촉진부
전화 : 03-3512-3524 팩스 : 03-3222-2064