燃料生産を目指した微細藻由来直鎖炭化水素の生合成メカニズムの解明

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H04547
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 岡田 茂 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (00224014)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松永 茂樹 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (60183951)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: バイオエネルギー / 炭化水素 / 微細藻類 / 脂肪酸

Outline of Annual Research Achievements

微細藻類には脂肪酸から生合成されると考えられる直鎖脂肪族炭化水素が、種間を越えて広く分布する。しかし、その含量は通常、藻体乾燥重量の１％以下であり、藻類系バイオ燃料として注目されている、トリグリセリド系の脂質に比べて低いため、その応用は検討されていない。一方、高等植物では、葉表面等のクチクラ層に含まれる炭化水素の生合成に関する知見が蓄積しつつある。そこで本研究では、微細藻類における直鎖脂肪族炭化水素の生合成に関与する酵素遺伝子の解明を目的とした。
今年度は生産する炭化水素が品種間で大きく異なる、緑藻Botryococcus brauniiのA品種とB品種につき、RNAseqデータベースを精査し、直鎖状炭化水素生合成に関与する酵素遺伝子と考えられるものについて、それらの単離および機能同定を試みた。B. brauniiのB品種はA品種と異なり、生産・蓄積する炭化水素は分岐状のトリテルペンであるが、その細胞外マトリクスを形成するalgaenanの構成要素は、A品種が生産する脂肪酸由来長鎖アルデヒドと類似の化合物であることが知られている。したがってB品種にもA品種と同様に、脂肪酸の鎖長伸長機構が存在するものと考えられる。両品種のRNAseqデータベースを検索したところ、通常の脂肪酸合成酵素遺伝子に加えて、本藻種に特異的と考えられる、脂肪酸合成酵素様タンパク質をコードする複数の遺伝子の存在が確認された。そこでこれらの脂肪酸合成酵素様タンパク質遺伝子のcDNAクローニングを行い、A品種から1種、B品種から2種の当該遺伝子を単離することに成功した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

今年度、B. brauniiに存在するユニークな脂肪酸合成酵素様タンパク質遺伝子の取得を行ったが、当該タンパク質の分子量が大きく、正しい塩基配列を保持したタンパク質発現用ベクターの作成に、かなり時間を費やしてしまった。また、一部のcDNAについては酵母細胞へ導入することにより、その機能同定を試みたが、酵母内での特異的な生成物の蓄積の確認には未だ至っていない。これには「当該タンパク質の酵母細胞内での生成量が不十分である」、「当該タンパク質が活性を有する状態で生成していない」ことに加え、「基質の供給が十分で無い」可能性がある

Strategy for Future Research Activity

次年度は得られた脂肪酸合成酵素様タンパク質遺伝子の機能解析を引き続き行う。酵母細胞での発現系に加え、大腸菌でのリコンビナントタンパク質の生産、およびin vitroでの機能同定を試みる。その際、B. brauniiの直鎖状炭化水素の直接の前駆体と予測されている、β位に水酸基を有する長鎖脂肪酸が、反応基質として必要となる可能性が高い。そこで先行研究における手法に倣い、当該化合物の有機化学合成を併行して行う予定である。また、藻体ホモジネートにおける直鎖状炭化水素生合成活性の検出に関連し、B. brauniiについては、汽水程度の塩分濃度の培地で培養することにより、群体の最外層の構造（コロニーシース）が脆弱になることが判明したことから、その様な状態に調製した藻体試料を用いて、引き続きin vivoでの直鎖炭化水素生合成活性の検出を試みる。