湖沼底層部の低酸素化が誘導するメタロゲニウム粒子生成の分子機構と駆動システム解明
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17H01898
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Research Field |
Environmental engineering and reduction of environmental burden
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| Research Institution | Akita Prefectural University |
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Principal Investigator |
宮田 直幸 秋田県立大学, 生物資源科学部, 教授 (20285191)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
古田 世子 滋賀県琵琶湖環境科学研究センター, 環境監視部門, 主任専門員 (00508476)
鈴木 徹 岐阜大学, 応用生物科学部, 教授 (20235972)
岡野 邦宏 秋田県立大学, 生物資源科学部, 助教 (30455927)
池谷 仁里 兵庫県立大学, 生命理学研究科, 客員研究員(研究員) (30531579)
藤林 恵 九州大学, 工学研究院, 助教 (70552397)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2019: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2018: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2017: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
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| Keywords | マンガン酸化細菌 / 湖沼底層部 / マンガン循環 / 細胞外多糖 / 環境分析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
琵琶湖の最深部付近では、低酸素化が顕著に現れた2002年以降、マンガン酸化物微粒子（メタロゲニウム粒子）が毎年発生している。本研究では、琵琶湖北湖上層部で増殖した植物プランクトンが底層部に沈降し、その多糖成分がマンガン酸化細菌によるメタロゲニウム粒子生成を駆動しているとの仮説を立て、その検証を目指している。
マンガン酸化細菌BIWAKO-01株によるメタロゲニウム粒子生成機構に関して、メタロゲニウム粒子のフィラメント構造を解析した結果、フィラメントを構成する多糖が外部から取り込まれた外因性であることを示唆するデータが得られ、今後詳細に解析することになった。
琵琶湖北湖での実態解析では、水深ごとに水質、BIWAKO-01近縁種、メタロゲニウム粒子数の調査を継続した。BIWAKO-01近縁種を特異的に検出定量できるプライマーセットを開発し定量PCRで調査した結果、BIWAKO-01近縁種は水深10 mから15 mに1000から3000 copies/mL分布し、一部が沈降して底層部でメタロゲニウム粒子を形成していると推察された。また、今年度からメタロゲニウム粒子生成と密接に関係する懸濁態多糖の測定を開始し、冬季に底層部で約0.03mg/Lの濃度で検出されるなど、懸濁態多糖の季節変動が明らかになった。湖水の構成糖分析の結果、植物プランクトンの遷移に伴いフコースやマンノースの量が変化することが分かった。さらに、琵琶湖北湖の最深部付近ではメタロゲニウム粒子が非常に多く観察される数か月前に緑藻Staurastrum dorsidentiferum var. ornatumが大量に発生していたことから、BIWAKO-01株とS. dorsidentiferumの共培養を行い、細胞密度とマンガン酸化物生成量は比例関係にあることが明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
BIWAKO-01株によるメタロゲニウム粒子生成機構において、トランスクリプトーム解析を実施する予定になっていたが、培養条件の設定や遺伝子解析条件の設定に想定していたより多くの時間を要したため。各条件設定を終え、準備状況は良好であるため、今後着実に解析を進めたい。
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| Strategy for Future Research Activity |
I. 細菌による粒子生成の分子機構
(a) ゲノム情報を用いた分子遺伝学的解析： BIWAKO-01株培養系について、次世代シーケンサーで網羅的にトランスクリプトーム解析する。これにより遺伝子発現を解析する。(b) メタロゲニウム粒子構造体の形成過程解析： メタロゲニウム粒子のフィラメント構造に関して、特にフィラメントを形成する多糖の起源に着目して研究を進める。
II. 底層部における粒子生成の駆動システム
(c) 現地調査と水質分析： これまでの調査項目に加えて、前年度に確立したBIWAKO-01近縁種及び懸濁態多糖のモニタリングを継続してデータの蓄積を図るとともに、底層部におけるメタロゲニウム粒子生成との関係性を調査解析する。 (d) 多糖の組成・起源の解析： これまでの調査を継続し、構成糖の季節変動や鉛直分布に関するデータ収集に努める。
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Report
(2 results)
Research Products
(6 results)
