顕花植物由来セルロースの分解酵素による有殻渦鞭毛藻への影響評価

• Project/Area Number: 23K05363
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 40030:Aquatic bioproduction science-related
• Research Institution: Research Institute of Environment, Agriculture and Fisheries, Osaka Prefecture
• Principal Investigator: 秋山 諭 地方独立行政法人大阪府立環境農林水産総合研究所(環境研究部、食と農の研究部及び水産研究部), その他部局等, 主任研究員 (90711672)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 辻村 裕紀 地方独立行政法人大阪府立環境農林水産総合研究所(環境研究部、食と農の研究部及び水産研究部), その他部局等, 研究員 (30880885) ; 山本 圭吾 地方独立行政法人大阪府立環境農林水産総合研究所(環境研究部、食と農の研究部及び水産研究部), その他部局等, 総括研究員 (80503937)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2025: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2024: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2023: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: セルロース分解酵素 / 有殻渦鞭毛藻類 / Alexandrium / 細胞外皮 / 高セルロース有機物

Outline of Research at the Start

沿岸域や陸域から供給された枯死した海草や顕花植物由来の高セルロース有機物の分解者が持つセルロース分解酵素が、有殻渦鞭毛藻類に与える影響を明らかにする。海底に高セルロース有機物が供給されると、その分解者である微生物が増殖し、セルロース分解酵素活性が高まることが想定される。渦鞭毛藻類にはセルロースでできた外皮を持つ種がおり、生活史において海底と密接に関係した段階を経る。本研究では、高セルロース有機物の分解者および分解酵素と、これら渦鞭毛藻類が海底付近で接触することによる影響を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

海底に沿岸域や陸域から枯死した海草や顕花植物由来の高セルロース有機物が供給されると、その分解者である微生物が増殖し、付近のセルロース分解酵素活性が高まることが想定される。海域にはセルロースでできた外皮（殻）を持つ渦鞭毛藻類がおり、生活史において海底と密接に関係した段階を経る。そのため、堆積した高セルロース有機物の分解者および分解酵素と、これら渦鞭毛藻類が海底付近で接触し、影響を受けている可能性がある。本研究では、有殻渦鞭毛藻類の生活史の各段階で、このセルロース分解酵素が細胞外皮に損傷を与えるのか、またその損傷が増殖抑制に寄与するのかを明らかにすることを目的とする。2023年度は以下の研究成果を得た。
(1) 天然環境下におけるセルロース分解酵素の分布調査：一部干潟域を除いて環境中のセルロース分解酵素の分布に関する知見は不足している。大阪府南部の小河川の河口部、干潟、アマモ場周辺の砂浜域や沖合の泥底を対象に底質のサンプリングを実施し、環境中のセルロース分解酵素の分布調査を実施した。
(2) シスト形成のための培養株選定：渦鞭毛藻類は生活史の中でシスト形成を行い海底に沈降する。シスト形成時または発芽時へのセルロース分解酵素の影響を調べるために、室内環境下でシスト形成を行う必要がある。所有する培養株について、様々な組み合わせで共培養を行い、シストを形成する組み合わせを探索した。
(3) リター分解試験：高セルロース有機物の分解過程におけるセルロース分解酵素濃度や微生物叢の変化を調べるためにアマモ分解試験を実施する。分解試験用に、大阪湾南部沿岸に打ち上げられたアマモを回収した。アマモ付着生物の影響を除くため冷凍処理を行った。

Current Status of Research Progress

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

Reason

大阪府沿岸域の天然環境下におけるセルロース分解酵素の分布に関する知見が得られ始めている。また、高セルロース有機物の分解試験のための打上げアマモの採取・処理も済んでおり、2024年度に分解試験を開始できる準備が整っている。研究計画では2023年度に実施予定であった、市販セルラーゼを作用させた渦鞭毛藻類の細胞外皮の電子顕微鏡観察は実施できなかったが、試験用の試薬の準備や使用する電子顕微鏡は用意できており、2024年度に実施できる体制は整っている。一方で、培養株を用いた試験については、実施予定に先行する形でシスト形成のための株の組み合わせ探索が終了しており、セルロース分解酵素による影響評価試験に供することが可能となっている。

Strategy for Future Research Activity

天然環境下におけるセルロース分解酵素の分布調査については、調査を継続するとともに、水中貯木場などセルロース堆積量が多いと考えられる地点でのサンプリングも実施する。また、リター分解試験を開始し、アマモの分解過程におけるセルロース分解酵素活性の変化や分解前後における微生物群集の解析を実施する予定である。さらに、室内環境下でのシスト形成が可能となったことから、有殻渦鞭毛藻類の栄養細胞だけではなく、シスト形成時・発芽時にセルロース分解酵素を添加することで、生活史各段階への酵素による影響を評価する。