2018 Fiscal Year Annual Research Report
Research and development for improvement of productivity of the alkenone-producing algae
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17H00800
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
鈴木 石根 筑波大学, 生命環境系, 教授 (10290909)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
織田 望 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (10356743) [Withdrawn]
新家 弘也 関東学院大学, 理工学部, 助教 (30596169)
長谷 純宏 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 放射線生物応用研究部, 上席研究員(定常) (70354959)
岩田 康嗣 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 招聘研究員 (80356534)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 重イオンビーム照射 / 変異導入 / 微細藻類 / アルケノン / 円石藻 / 合成と分解 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでに量子科学技術研究開発機構高崎量子応用研究所（TIARA）において、数回の円石藻Tisochrysis lutea株への照射を行った。その結果、アルケノン生産量が野生株（元株）に比べて約2倍大きい株を取得することができた。この株のアルケノン高生産の原因を確かめるため、光合成活性を測定した。当初は光合成能、すなわちカーボンのインプットの速度は変わらずに、最終産物としてアルケノンへの配分が増加していると想像していたが、光合成速度の解析の結果、野生株より2倍近く活性が高いことがわかった。現在、この光合成能の上昇のメカニズムについて解析を試みている。光合成能は多様な光合成生物で共通性の高い仕組みが保存され、ほぼ最適に制御されていると考えられているので、変異の導入により光合成活性を向上できることは非常に驚くべき結果であった。
アルケノンは一部の円石藻が蓄積する特殊な脂質で、それらの円石藻にとっては、固定した炭素を貯蔵する形態であると考えられている。細胞を暗所におくとアルケノンは数日かけて分解され蓄積量が減少する。共同研究者の新家博士は、アルケノンの分解速度に着目し、アルケノン蓄積量が増加した株の中から暗所でのアルケノン蓄積量の減少がみられる株をスクリーニングし、複数のアルケノン分解能を低下させた株を得ている。
現在はこれらの変異に関わる遺伝子の同定を行っており、それらが明らかにできれば、それら候補遺伝子の過剰発現、発現抑制により、さらに生産性を向上した株を取得するとともに、原因遺伝子を明らかとしたい。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
円石藻Tisochrysis luteaへの重イオンビーム照射により複数のアルケノン生産量の高まった株を得ることに成功している。その中には光合成活性の増加したもの、アルケノン分解速度が低下したものが含まれていることがわかりつつある。
光合成は多様な光合成生物種に保存される機能で、生物が獲得してから非常に長い年月を経ており、最適に進化していると考えられているので、光合成機能そのものがさらに向上できることは驚くべきことであった。その原因遺伝子を特定できればそれを他の植物、藻類へ応用することにより、増産増収が可能となり、社会に大きな貢献をできると考えられる。
また、アルケノンはユニークな物質で、炭素数37－40の枝分かれのない長鎖不飽和ケトンで末端にメチル基を持つ構造を有する。通常trans型の不飽和結合を2－4つ含み、低温条件で不飽和度が増加することがわかっている。アルケノンは環境中で分解を受けにくく、海底の堆積物から同定され、その不飽和度からそのアルケノンが堆積した当時の海洋の水温を同定するために地球古生物学分野で利用されている。このことは通常の海洋性の細菌や微生物はアルケノンを分解できないが、その生産者である円石藻は分解して炭素源として利用する事が可能である。これまでその分解の経路は明らかにはなっていないが、昨年度同定した変異株の解析により、新規なアルケノン分解の機構が解明できる可能性がある。アルケノンは末端のカルボキシル基を除けは、アルケン状の分子であるため、その分解経路はアルカン・アルケンの分解に利用できる可能性があり、新規なバイオリメディエーションへの展開も考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究で、光合成機能の向上とアルケノン分解の抑制の少なくとも2系統のアルケノン産生能向上の機構が考えられたので、引き続きTIARAのマシンタイムが確保できる場合は、野生株あるいはこれまでえられている変異株への重イオンビーム照射を行い、複数の優良形質を持つ株の取得に努める。
並行してこれまでに得られている変異株の原因遺伝子の特定に努め、その原因を明らかにするとともに、Tisochrysis lutea株への遺伝子改変により、それら機能の増強または欠失抑制により、その機能を確認し合わせて優良な株を得ることを目指す。我々は既にこの株の遺伝子導入技術、特異的に遺伝子機能を抑制する技術を取得しており、その技術を利用できる。
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