2-2. 枯草菌mutS欠損株が示すrpoB遺伝子上の突然変異の傾向.
放線菌がDNA修復因子MutS, MutLを持たないことと, 放線菌のゲノムGC含量が高いこと が関係しているならば, 低GC含量のゲノムを持つバクテリアでこれらの因子をコードする 遺伝子が欠損した場合, ゲノム上の突然変異にはどのような変化が見られるだろうか. これ を確認するため, 次の実験を行なった.
＜方法, 結果, 考察＞
低GCグラム陽性菌の一種である枯草菌168株においてmutS遺伝子を欠損させた株を作製 し, 野生株とmutS欠損株の間で抗生物質リファンピシン抵抗性の株を選択, リファンピシン 耐性変異が多く観察されるrpoB遺伝子上の突然変異をシークエンス解析により調べた（野 生株: 20株, mutS: 30株）. その結果, 野生株におけるrpoB上の突然変異はG/CからA/Tへの 変異が多いのに対し（C-A:11%, C-T:56%, A-G:33%) , mutSを欠損した株の場合はA/Tから G/Cに偏っていた（C-T:14%, A-G:86%）[86]. mutS欠損株の場合, リファンピシン耐性菌 の出現頻度は10-6であり, これは, 野生株におけるその割合（10-8）と比べて100倍高い [86].
従って, mutS欠損株がバクテリア集団に存在する場合, この実験条件ならばG/Cに偏った突 然変異を集団中に生じやすいと考えられる. 言い換えれば, DNA修復因子を欠損した場合は GCに偏った変異が生ずるということである. 枯草菌の野生株における突然変異がAやTに偏 ることで, 低GC含量のゲノムが維持されているのかも知れない. これらの実験結果を, ゲノ ムのGC含量にまで拡張するのは現時点では容易ではないのだが, DNA修復因子の保存性が ゲノムのGC含量に影響している可能性はより高まったと考えられる.
では, この実験からゲノム上の変異とランダム性の関係についてはどのようなことが考え られるだろうか. 突然変異の生じた座位を確認すると, 野生株は6種類あったのに対し, mutS欠損株は3種類であり, 互いに有意に異なる値を示す（p <0.01, χ2 test, 表3）.そのほ とんどがrpoB A1406G（46.7%）とrpoB A1445G（36.7%）に集中し, これらの値は野生 株よりも有意に高い値であるが, 反対に他の4つの座位の値は野生株の方がmutS欠損株より も有意に高い値を示す（いずれもp <0.05, 残差分析, 表3）. これらの結果は, 突然変異のゲ ノム上におけるランダム性を明らかに否定している. 何故ならば, リファンピシン耐性菌の
ンピシン耐性菌と同じrpoB変異を持つ株は野生株由来のサンプルからも観察されているた め（rpoB A1406G: 20.0%, rpoB A1445G: 5%）, 培養液中でこれらの変異を持つことが増 殖に有利であるとは考え難い. 以上をまとめると, 少なくとも本研究の結果は, DNAのゲノム 上の変異はランダムではなく, DNA修復因子に関わる遺伝子の遺伝型によって傾向が変わる ものであることが示唆された. ゲノムのGC含量の決定要因は結局のところ定かでは無いが,
例えば, mutSやmutLのようなDNA修復因子の組み合わせにより決定されると考えられる.
図14. バクテリアにおけるDNA修復, 複製, 校正因子の保存性
表に示す種におけるゲノムのGC含量（GC content）は, 左端のカラースケールと対応し ており, GC含量が高いものほど赤く表示されている. 右側5列はDNA複製因子（PolC,
Gram negative
/ positive Phylum Species GC
content (%)
PolC DnaE DnaQ MutS MutL
Rhodobacter sphaeroides Rhodospirillum rubrum Pseudomonas Zymomonas mobilis Acetobacter tropicalis Gluconobacter morbifer Rickettsia felis Caulobacter Nitrobacter Hyphomicrobium denitrificans Nitrosomonas Neisseria wadsworthii Chromobacter iumviolaceum Leptothrix cholodnii Burkholderia glumae Thiobacillus denitrificans Bdellovibriobacter iovorus Myxococcus xanthus Desulfovibrio Desulfuromonas acetoxidans Stigmatella aurantiaca Desulfobacter postgatei Campylobacter coli Xanthomonas albilineans Ectothiorhodospira Methylomonas methanica Methylobacter tundripaludum
Azotobacter vinelandii GC(%)
Escherichia coli High
Salmonella enterica Proteus penneri Enterobacter cancerogenus Vibrio cholerae Photobacterium leiognathi Beggiatoa alba Coxiella burnetii Synechococcus elongatus Oscillatoria Nostoc Chlamydiae Chlamydia muridarum
Planctomyces limnophilus Low
Pirellula staleyi Bacteroides Cytophaga hutchinsonii Chlorobium ferrooxidans Prosthecochloris aestuarii Spirochaeta africana Treponema pallidum Deinococcus gobiensis Thermus Chloroflexus aggregans Thermomicrobium roseum Thermotogae Thermotoga neapolitana
Aquificae Aquifex aeolicus
Micrococcus luteus Propionibacterium propionicum Streptomyces Actinomyces Corynebacterium amycolatum Arthrobacter Mycobacterium fortuitum Staphylococcus capitis Lactobacillus sakei Bacillus subtilis Sporosarcina newyorkensis Clostridium thermocellum Heliobacterium modesticaldum Streptococcus pneumoniae Mycoplasma mobile Tenericutes Spiroplasma melliferum Deinococcus-Thurmus
Chloroflexi
Actinobacteria
Firmicutes
G ra m n e g a ti v e G ra m p o s iti v e
Proteobacteria
Cyanobacteria
Planctomycetes Bacteroidetes
Chlorobi Spirochaetes