赤潮プランクトン休眠細胞の「目覚め」を電気化学操作で制御：電位応答発芽機構の解明

• Project/Area Number: 20H03068
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 40030:Aquatic bioproduction science-related
• Research Institution: Fisheries Research and Education Agency
• Principal Investigator: 伊藤 真奈 国立研究開発法人水産研究・教育機構, 水産技術研究所(廿日市), 研究員 (60735900)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中村 龍平 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, チームリーダー (10447419) ; 羽野 健志 国立研究開発法人水産研究・教育機構, 水産技術研究所(廿日市), 主任研究員 (30621057) ; 坂本 節子 国立研究開発法人水産研究・教育機構, 水産技術研究所(廿日市), グループ長 (40265723)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000); Fiscal Year 2023: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2022: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2021: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2020: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: 赤潮プランクトン / シスト / 電気化学 / 電位 / 有毒プランクトン / プランクトン

Outline of Research at the Start

赤潮による漁業被害は世界規模で問題であり、有効な赤潮被害軽減策の開発は喫緊の課題である。そこで、赤潮発生の起点である「シスト（休眠細胞；プランクトン種子）の発芽」に着目し、シストの発芽を左右する条件を電気化学的視点から解明する。また、そのメカニズムをプランクトン細胞内での遺伝子・代謝レベルでの変動を検証することで明らかにし、環境電位という全く新しい概念を利用した低エネルギーで革新的な新規赤潮被害軽減策の基盤を構築することを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

海洋の底質中に蓄積する有毒プランクトンのシストの発芽は、酸素や光など様々な環境因子によって制御されている。本研究ではシストの発芽応答に影響を及ぼす電位の特定および作用機序を明らかにすることを目的としている。昨年度、試験系の参照極から溶出する銀によるプランクトンへの毒性影響が当初の想定以上に高いことが明らかとなった事から、参照極を使用しない２極系の試験系を確立した。本試験系にて培養で形成したプランクトンシストのみを用い、底質を含まない条件にて電位操作試験を実施した結果、電位操作はシストの発芽に影響を及ぼさなかった。このことは、シストが直接的に電位を感知していないこと、また、海水中の酸化還元物質がシストの発芽応答へ影響をおよぼさないことを示唆するものである。底質中に含まれる酸化還元物質および電子伝達物質が発芽応答への影響をおよぼす可能性が残されていることから今後検証する予定である。一方、シストの発芽自体には影響が認められなかったものの、発芽後の一部の栄養細胞の行動に異常が確認された。
電位操作がプランクトンに与える影響の作用機序の解明に向け、本年度はまずシストの形成から発芽にいたるまでの代謝物をメタボローム解析を用いて同定した。その結果、栄養細胞とシストでは脂肪酸含有量が変化すること、また、シストの形成および保存温度により糖質の含有量が異なる事等が明らかとなり、発芽機序解明に向けシストの代謝物に関する基盤となる情報を得た。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

昨年度、試験系の再構築が求められたが、研究分担者と連携し参照極を除いた試験系を構築することができた。底質を含まない試験系にて電位操作試験を実施した結果、電位操作はシストの発芽に影響を及ぼさなかったことから、シストが直接的に電位変化を感知していないこと、また、海水中の酸化還元物質が発芽応答へ影響を及ぼさないことが示唆された。底質中に含まれる物質による影響評価については今後実施する予定である。

Strategy for Future Research Activity

電位操作時の底質の酸化還元物質および電子伝達体によるプランクトンへの影響について検証する。また、電位操作により発芽後の一部の栄養細胞で異常行動が確認されていることから、影響を及ぼす条件の特定および要因についても検討する予定である。