新たな二次代謝物探索のフロンティア -菌糸形成細菌の巨大な染色体外DNAに生合成遺伝子群が集積-

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2026-05-29 理化学研究所

理化学研究所環境資源科学研究センターの矢部修平研究員、市橋泰範チームディレクターらの国際共同研究グループは、土壌に広く分布する菌糸形成細菌「クテドノバクテリア」が、医薬品や農薬の候補となる多様な二次代謝物を生産する潜在能力を持つことを明らかにした。研究では蔵王火山の荒廃土壌から新規クテドノバクテリア株を分離し、メタゲノム情報や公開データを含む183ゲノムを比較解析した。その結果、1,546個の二次代謝物生合成遺伝子群(BGC)が検出され、多くが既知の遺伝子群とは大きく異なる新規性の高いものであった。さらに、高品質ゲノム解析により、これらのBGCが1.6~3.5Mbに及ぶ巨大な染色体外DNA(クロミド様DNA)に高密度で集積していることを発見した。クロミド様DNAには遺伝子組換え関連遺伝子も多く存在し、二次代謝物の多様化や環境適応を促進する場として機能している可能性が示された。また、このような巨大DNAは従来のメタゲノム解析では見落とされやすいことも判明した。本成果は、放線菌に代わる新たな天然物探索資源の発見につながり、未知の抗生物質や医農薬候補物質の開発を加速することが期待される。

新たな二次代謝物探索のフロンティア -菌糸形成細菌の巨大な染色体外DNAに生合成遺伝子群が集積-
研究概要

<関連情報>

クテドノバクテリアにおける生合成遺伝子クラスターの予測される重要な部位としてのクロミド様二次レプリコン Chromid-like secondary replicons as predicted key sites of biosynthetic gene clusters in Ktedonobacteria

Shuhei Yabe, Yu Zheng, Shunji Takahashi, Chongyang Yang, Yui Nose, Shinichi Yamazaki, Nao Okuma, +13 , Yasunori Ichihashi
mSystems  Published:29 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1128/msystems.00197-26

ABSTRACT

Soils harbor immense biosynthetic gene cluster (BGC) diversity that mediates microbial interactions, yet this potential remains unevenly mapped and poorly characterized across diverse bacterial lineages. Ktedonobacteria (phylum Chloroflexota) are an actinomycete-like lineage widely distributed in terrestrial soils, including oligotrophic volcanic deposits; however, their secondary metabolism and genome architecture remain poorly characterized. Here, we integrate targeted cultivation from volcanic soils at Mount Zao (Japan) with genome-resolved metagenomics and comparative analysis of public genomes to examine biosynthetic potential across 183 ktedonobacterial genomes. We identified 1,546 BGCs and grouped them into 1,162 non-redundant gene-cluster families (GCFs) using antiSMASH and BiG-SLiCE. Nearly one quarter of genomes encoded ≥10 distinct GCFs, and several family-level clades exhibited high GCF richness that approached that of Streptomyces within our data set, highlighting a putatively biosynthetically rich yet underexplored soil bacterial lineage. Most ktedonobacterial BGCs were highly divergent from current reference collections and exhibited unusually low intra-genomic redundancy, suggesting broad putative chemical diversity. Long-read assemblies from 10 cultured strains revealed recurrent 1.6–3.5 Mb ECE-like contigs with chromid-like features, but distinct maintenance features. These replicons were consistently enriched in BGCs and mobility-associated genes, with mobility loci concentrated near BGC boundaries. Collectively, our results expand the phylogenetic landscape of soil biosynthetic diversity and highlight ECE-like contigs as major genomic reservoirs for secondary metabolism in Ktedonobacteria.

生物化学工学
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