DNA damage in radiation-resistant prokaryotes from evolutionary perspectives

進化的視点から見た放射線抵抗性原核生物のDNA損傷

Sghaier, H.; 大庭 寛史; 佐藤 勝也; 三友 宏志*; 鳴海 一成

Sghaier, H.; Oba, Hirofumi; Sato, Katsuya; Mitomo, Hiroshi*; Narumi, Issei

地球進化の間に、放射線照射,高温,乾燥、あるいは活性酸素種から、放射線抵抗性原核生物のDNAが常に受けてきた損傷の順番は、環境とゲノムの進化的関係をよりよく理解するために重要な研究対象である。この研究では、とのゲノムを放射線抵抗性原核生物のモデルとして、DNAが受けた進化的受難の道程を評価した。われわれの解析によって、(1) オープン・リーディング・フレームの統計学的類似性解析から、放射線耐性は初期地球環境の復元力を分子的に反映したものであり、一方、乾燥耐性は始生代に生育した細胞の特徴であること,(2)オリゴヌクレオチド頻度解析などの新しい方法を用いた解析から、との共通祖先型細菌は、少なくとも一度、同じあるいは同類の古生物から遺伝子を獲得することで、電離放射線による環境圧力に適応したことが示唆された。以上のことから、進化的視点から見て、放射線抵抗性原核生物のDNA損傷をうまく説明するモデルを提唱する。

The order in which DNA of radiation-resistant prokaryotes has been subjected to constant damage through radiation, elevated temperature, dry, or reactive oxygen species during Earth evolution is important to investigate for a better understanding of environment-genome evolutionary relationship. In analyzing model genomes of radioresistant prokaryotes ( and ), this study assesses the evolutionary itinerary of rough-and-tumble route on which their DNA was assaulted. Together with the examined literature, our analyses suggest the following elements. (1) Based on statistics of ORFs (Open Reading Frames) similarity relationships, we support the hypothesis that radiation resistance is a unique molecular reflection of the early Earth resilience and desiccation tolerance is a mark of cells that colonized land during the Archaean epoch. (2) Using unconventional methods, including oligonucleotide frequencies, numerous compelling data evoke the hypothesis that and progenitor(s) adapted, at least once, to the same environmental pressure, most probably ionizing radiation, through the acquisition of foreign genetic elements from one abnegator or compositionally similar abnegators. In conclusion, we present a model that satisfactorily accounts, from evolutionary perspectives, for DNA damage in radiation-resistant prokaryotes.