국립 선진 산업 과학 기술 연구소 [Nakabachi Ryoji 의장 (Nakabachi Ryoji) (이하 AIST ") 생물학적 프로세스 연구 부서 [타무라 구히로 (Tamura Guhiro) 연구 부서], 합성 생물 공학 연구 그룹의 이사 인 Miyazaki Kentaro (Tokyo University of Tokyo)의 대학생 학교 학사 학위 교수 (Tokyo University of Tokyo) (전 Aist Technice) (전 Aist Technice) 지역 창조 과학, 도쿄 대학교)와 키타하라 케이 (Kitahara Kei)와 홋카이도 대학교 (Nawa Toyoharu) 의장 뉴 지역 제작 과학 대학원의 특별 조교수 인 Kitahara Kei와 Hokkaido University의 과학 대학원 과학 대학원의 특별 조교수 인 Kitahara Kei는 Bacter Systems의 최고 선수 학술 학부입니다게이트수준에서 다른 박테리아 종Ribosome바카라 커뮤니티 리보솜 RNA (RRNA)의 비교 기능 분석 바카라 커뮤니티 rRNA 유전자 사이의 서열 차이의 대부분은 기능에 유의 한 영향을 미치지 않으며 바카라 커뮤니티 rRNA 유전자는중립 진화그가하고 있음을 증명합니다
이 결과는이 유전자가 결과라는 것입니다진화 Phyllogenetic Analysis분자 클럭의 "진화 적 중립성"의 기본 요구 사항을 충족시키는 세계 최초의 실험 시연입니다 분석 결과는 리보솜 진화에서 기본 서열에서 대부분의 종-특이 적 돌연변이가 리보솜의 기능에 영향을 미치지 않음을 시사한다 다른 한편으로,이 사실은 바카라 커뮤니티 rRNA가 종 사이에 재조합 될 수 있음을 시사하며, 분자 클록으로서 바카라 커뮤니티 rRNA 유전자의 적합성을 조사하는 데 중요한 발견으로 사용될 것으로 예상된다
이 연구에 대한 자세한 내용은 2017 년 8 월 30 일 (영국 시간)에 British Journal of Science를 참조하십시오과학 보고서에서 온라인으로 게시
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리보솜의 30S 서브 유닛의 대칭 (파란색 : 바카라 커뮤니티 rRNA, 흰색 : 21 유형의 리보솜 단백질)
RNA 주변의 조밀 한 상호 작용을 가진 단백질을 둘러싼 매우 복잡한 구조를 가지고 있습니다 |
미생물의 진화 적 계통 발생 학적 관계를 밝히면 삶의 탄생을 설명하고 그 이후의 진화 과정을 설명하는 데 중요한 단서가 제공됩니다 그러나 식물 및 동물과는 달리, 미생물은 화석이 거의 없으므로 화석을 통해 계통 발생 학적 진화의 병력을 추정하는 것은 매우 어렵습니다 따라서, 미생물의 계통 발생 학적 관계는 분자 계통 발생 학적 관계 측면에서 지금까지 논의되었다 유기체의 진화를 정확하게 반영하는 "분자 마커 (분자 클록)"에 대한 요구 사항은 (1) 모든 유기체에 항상 존재한다는 사실, (2) 종에 대한 발병, (3) 종에 관계없이 동등하며 (4) 종에 관계없이 (유전자가 돌연변이되는 속도)가 일정하지 않거나 환경에 관계없이 일정하다는 것입니다 그러나이 모든 것을 만족시키는 분자는 거의 없습니다
RRNA는 모든 생물에 항상 존재하는 바이오 폴리머이며, 그 중에서도 바카라 커뮤니티 리보솜 RNA (바카라 커뮤니티 rRNA) 유전자는 분자 시계로 간주되며 원핵 생물의 진화 계통 발생 학적 분류의 지표로 사용됩니다 지금까지, 미생물은 약 1,500 개의 유전자로 구성된 서열의 유사성에 기초하여 분류되었다 그러나, 바카라 커뮤니티 rRNA가 분자 클록으로서 요구 사항을 충족하는지, 특히 (3) 및 (4)의 요구 사항을 실험적으로 테스트하지는 않았다
리보솜은 유전자 정보에 기초하여 생체 내 단백질을 합성번역장치 및 바카라 커뮤니티 rRNA는 작은 서브 유닛의 중심 골격을 형성하는 분자입니다 AIST는 종들 사이에서 바카라 커뮤니티 rRNA를 교환하는 유전자 기술을 개발하고 리보솜이 번역 이외의 기능을 가지고 있음을 발견했습니다 (RNA 분해 효소 억제 활성) (AIST : 실시간 바카라솜이 번역 이외의 기능이 있음을 발견했습니다) 또한, 대장균은 진화론 적 계통 발생 학적 분류이다Tele"레벨은 다른 종의 바카라 커뮤니티 RRNA가 대장균의 바카라 커뮤니티 RRNA와 기능적으로 동일하다는 것을 보여줍니다 (AIST : 종에 걸친 16S rRNA 바카라 추천의 기능적), 우리는 생물학적 종에 고유 한 바카라 커뮤니티 rRNA에 대한 생각 방식을 완전히 바꿨습니다
이번에는 E coli 바카라 커뮤니티 rRNA와 기능적으로 호환되는 바카라 커뮤니티 rRNA의 계통 범위를 명확히하기 위해환경 게놈 (Metagenomic)에서 유래 된 바카라 커뮤니티 rRNA 유전자를 사용하여 대규모 기능 스크리닝을 수행 하였다 이 연구 개발은 과학 홍보를 위해 일본 사회의 뒷받침, 기본 연구 재단 (b) "Escherichia coli ribosomes의 가소성 및 표현형 진화의 메커니즘을 풀고있다"(2014-2016), 과학적 연구 재단의 신흥 연구에 대한 과학적 연구에 대한 과학적 연구에 대한 연구 "(2012-2013), 과학적 연구에 대한 과학적 연구에 대한 과학적 연구 재단의 연구"(2012-2013), 그리고 과학적 연구에 대한 과학적 연구 재단의 연구 ", 과학적 연구 기반의 연구"(2012-2013) "번역 시스템 수정을 통한 인공 세포의 생성"(2012-2013)
바카라 커뮤니티 rRNA 유전자는 세포 성장에 필수적이며, 도입 된 바카라 커뮤니티 rRNA 기능이 없다면 세포는 성장하지 않을 것이다 이 연구에서, 환경 게놈의 바카라 커뮤니티 rRNA 유전자가 바카라 커뮤니티 rRNA 유전자가 누락 된 대장균에 도입되었을 때, 대장균이 계통질의 바카라 커뮤니티 rRNA 유전자로 분류 된 바카라 커뮤니티 rRNA 유전자가 Phyl -insobacterial (ns11)에서 바카라 커뮤니티 RRNA 유전자로 대체되었을 때에도 성장할 수 있음을 확인했다 그러나 NS11을 도입 한 대장균돌연변이 균주, 증식 능력은 감소합니다확산 배가 시간의 확장 관찰되었다 (그림 1)
NS11 및 E coli 바카라 커뮤니티 rRNA 유전자는 전체 서열에 걸쳐 334 개의 염기에 의해 상이하지만, 증식 능력이 감소하는 영역을 대략 탐색하기 위해,키메라 분석수행되었습니다 바카라 커뮤니티 rrnas는 4도메인로 구성되어 있지만, NS11의 각 도메인은 대장균의 도메인으로 대체되었고, 일부 도메인을 대체함으로써, 성장 배가 시간은 원래 대장균 바카라 커뮤니티 rRNA와 비교할 수있는 수준으로 감소되었다 또한,이 도메인에서 NS11 및 대장균에 비해 기능적으로 중요한 것으로 간주되는이 도메인에서 4 개의 염기 서열이 좁아졌고, NS11 (A1416-U1484)에서 이들을 대장균 (G1416-C1484)으로 대체했을 때 보체 검사가 수행되었으며, 성장 배가 시간은 원래 대장균과 동일한 수준으로 짧아졌다
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| 그림 1 다양한 바카라 커뮤니티 RRNA를 함유 한 대장균의 두 배로 된 시간 |
| 계통 산소 박테리아 (그림에서 NS11)로부터 유래 된 바카라 커뮤니티 rRNA를 함유하는 대장균 돌연변이 체의 성장 전위는 감소되었지만 (성장 배가 시간의 신장), A1416-U1484 Dibases (단일베이스 쌍)에서는 콜라이 G1416-C1484로 대체 된 돌연변이 체에서는 돌연변이 체에서 2 배가된다 (성장 배가 시간 감소) |
이 결과는 phylum proteobacteria 및 phylum acidobacteria로부터 유래 된 NS11의 대장균 바카라 커뮤니티 rRNA 유전자를 분리하는 뉴클레오티드 서열 차이의 대부분 (994%)이 성장에 영향을 미치지 않음을 의미한다 다시 말해, 두 유기체는 공통 조상 바카라 커뮤니티 rRNA를 공유하며 각각은 계보에 특화된 돌연변이를 축적했지만, 대부분은 기능에 영향을 미치지 않는 "중성 돌연변이"이며, 바카라 커뮤니티 rRNA가 분자 클록에 필요한 요구 사항 중 하나를 가지고 있음을 실험적으로 입증했습니다
이 결과를 바탕으로, 우리는 "요람 모델"을 리보솜의 진화 모델로 제안합니다 이 모델에서, 기능적으로 필수적인 RRNA와 단백질 사이의 상호 작용은 Phyla 수준에서 분화 전에 공통 조상 단계에서 형성되었고, 후속 종 분화 과정에서 수행되었다 대부분의 종-특이 적 돌연변이는 기능적으로 관련이 없다 (도 2) 이 모델을 사용하면이 현재의 결과에서와 같이 바카라 커뮤니티 rRNA는 종 (수평 전파
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| 그림 2 리보솜 진화의 요람 모델 |
조상 리보솜은 진화 동안 종에 특화된 다양한 돌연변이를 축적하지만 돌연변이는 기능적 발현에 대한 상호 작용이 필요합니다 (그림 )는 파괴되지 않습니다 따라서, RNA가 종 사이에 교환 되더라도 상호 작용이 유지되고 리보솜의 번역 활동 기능이 유지된다 |
앞으로, 우리는 박테리아 종 분화의 어느 단계에서,이 연구 결과에 의해 제안 된 리보솜의 기본 구조를 조사하여, Phyla acidobacterial phyla 이외의 각 박테리아의 개별 기능 분석을 분석하여 제안 된 리보솜의 기본 구조의 형성 단계를 결정한다