2016 Fiscal Year Research-status Report
蛇紋岩水系地下生命圏に生息する未知微生物群の代謝解明
| Project/Area Number |
16K14647
|
|---|
| Research Institution | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
|---|
Principal Investigator |
鈴木 志野 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 高知コア研究所, 特任主任研究員 (10557002)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | 蛇紋岩化作用 / メタトランスクリプトミクス / メタゲノミクス / 好アルカリ微生物 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
マントル起源の超塩基性岩が隆起している場合、地下圏において、地球表面の水と反応し、蛇紋岩に変質する。この反応は、蛇紋岩化作用と呼ばれている。この岩と水の反応により、水素、メタン、カルシウムイオン、および水酸化イオンなどが生成、放出されるため、この反応が活発に起きている水圏は、自然界で最も高いpHを示し（pH=～12）、また、非常に還元的（Eh=～-600mV）であるという特徴を持つ。これまで、太陽光やマグマ由来のエネルギーに依存した生命圏についてはよく研究されているが、岩と水の化学反応により作り出される還元的エネルギーが支える地下生命圏については、ほとんど研究例がない。よって、本研究では、米国カリフォルニア州にあるThe Cedarsという活発に蛇紋岩化作用が起こっている場所を拠点とし、環境遺伝子発現解析（メタトランスクリプトミクス）の手法を用い、それらの微生物代謝を明らかにすることを目指している。
本年度は、2つの異なる蛇紋岩水系由来の微生物群に関するメタトランスクリプトミクスに関する解析を行った。その結果、このシステムにおいて、いくつかの水素、一酸化炭素に関連する遺伝子群が、高く発現していることがわかり、これらの基質がこのシステム全体において、重要な代謝となっている可能性が示唆された。
超還元的な蛇紋岩水系は、初期生命との関連が指摘されているが、水素、一酸化炭素等が、初期地球に見られる還元的環境において、生命の重要なエネルギー源、炭素源、となっていた可能性がうかがえる。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
平成28年度は、産後休暇、および、育児休暇を取得したため、研究がやや遅れている。
平成28年度は、2つの異なる蛇紋岩水系由来の微生物群に関し、取得したメタトランスクリプトミクスの遺伝子配列を、これまで取得したゲノムデータにマッピングすることで、それぞれの微生物群における遺伝子発現解析を行った。その結果、このシステムにおいて、水素、一酸化炭素に関連する遺伝子群の中に、高発現している遺伝子群が存在することがわかり、これらの基質がこのシステム全体において、重要な代謝となっている可能性を示唆した。超還元的な蛇紋岩水系は、初期生命との関連が指摘されているが、この結果から、水素、一酸化炭素等が、初期地球に見られる還元的環境において、生命の重要なエネルギー源、炭素源、となっていた可能性がうかがえる。
一方で、システム全体の遺伝子発現解析を見てみると、非常に高発現しているものの多くは、これまでに知られていない未知遺伝子群であり、これらが重要な代謝機能を担っている可能性が示唆された。未知の遺伝子群に関しては、解析が非常に困難ではあるが、それぞれ遺伝子配列から推定されたアミノ酸配列を基に、タンパク質のモチーフ解析、相同解析、系統解析などの詳細な解析により、それらのタンパクの機能推定を進めている。また、ウイルス由来の遺伝子群の中に、高発現な遺伝子が存在する。超極限環境に生息できる生命群は、非常に限られているため、遺伝子の交換が起こりにくくなっていると推測されるが、システム内の進化、適応に、ウイルスによりもたらされる遺伝子群が関与しているかもしれない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度の解析から、このシステムで生息する微生物群集の代謝において、重要となりうる基質がいくつか推定された。この情報をもとに、基質と微生物代謝の関連性を明らかにするため、基質応答性の遺伝子発現解析を行う。方法としては、The Cedars蛇紋岩水系で濃集された微生物群集に対し、いくつかの基質を添加することで、遺伝子発現に変化はあるのか、また、変化があるとしたら、どのような遺伝子群なのか、を明らかにしていく。
発現遺伝子の詳細な解析には、煩雑な作業が必要となってくるため、研究補助員を雇用することで、研究推進を目指す。また、米国との国際共同研究を充実させることで、研究の更なる発展を目指す。また、平成28年度は、特に国内外に広く本研究を広めるため、学会で発表するとともに、論文作成を行う。
|
| Causes of Carryover |
平成28年度は、産後休暇、および、育児休暇により、予定していたすべてのメタトランスクリプトミクス解析を行うことができなかったため、遺伝子配列決定に必要なコストを消費することができなかった。
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成28年度、行うことができなかった分の次世代シークエンサーによる塩基配列決定を行う。
|
