2020 Fiscal Year Annual Research Report
湖沼底層部の低酸素化が誘導するメタロゲニウム粒子生成の分子機構と駆動システム解明
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17H01898
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| Research Institution | Akita Prefectural University |
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Principal Investigator |
宮田 直幸 秋田県立大学, 生物資源科学部, 教授 (20285191)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
古田 世子 滋賀県琵琶湖環境科学研究センター, 環境監視部門, 主任専門員 (00508476)
鈴木 徹 岐阜大学, 応用生物科学部, 教授 (20235972)
岡野 邦宏 秋田県立大学, 生物資源科学部, 准教授 (30455927)
池谷 仁里 兵庫県立大学, 生命理学研究科, 客員研究員(研究員) (30531579)
藤林 恵 九州大学, 工学研究院, 助教 (70552397)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 湖沼底層部 / マンガン循環 / マンガン酸化細菌 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
琵琶湖北湖の最深部付近では低酸素化が顕著に現れた2002年以降、メタロゲニウム粒子と呼ばれるマンガン酸化物微粒子が毎年発生している。本年度は、これまでの現地調査の結果をとりまとめ、表層部の植物プランクトンによる多糖生成及びその底層部への沈降と湖底でのメタロゲニウム粒子生成の関係を明らかにすることを目的とした。また、マンガン酸化細菌BIWAKO-01株をメタロゲニウム粒子生成のモデル微生物とし、湖沼での挙動と粒子生成に関する分子機構を解析することとした。
北湖今津沖中央における2020年度までの水質データを解析した結果、表層0.5 mの全糖濃度は緑藻類の発生量（細胞総体積）と高い相関が認められた（r=0.723, P<0.001）。多糖の構成糖に関して、ラムノース、キシロース等において表層0.5 mと底層90 mの存在比で相関関係が示された。さらに過去18年間の水質データ（年平均値）を解析し、底層部のメタロゲニウム粒子発生数と表層での緑藻発生量で相関関係が見られた（r=0.744, P<0.01）。本研究により、表層部で緑藻類によって生成された多糖類が底層部に沈降し、メタロゲニウム粒子生成を誘導するとの仮説を支持する結果が得られた。
多糖存在下でメタロゲニウム粒子を生成するBIWAKO-01株の近縁種について、定量PCR法で鉛直分布を調査した結果、比較的浅い水深で増殖していることが示唆され、底層部に沈降した後、多糖存在下でメタロゲニウム粒子を形成すると考えられた。BIWAKO-01株の培養菌体において、粒子形成時に高発現する酵素遺伝子をRNA-Seq解析で調べたところ、少なくとも3種のマルチ銅オキシダーゼ及び1種のペルオキシダーゼ遺伝子が検出された。これらの酵素遺伝子が特定の環境条件で発現し、マンガン酸化を担っていると推察された。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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