2017 Fiscal Year Annual Research Report
水圏環境における酸素非発生型好気性光合成細菌の物質循環駆動力の解明
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17J40006
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
高部 由季 首都大学東京, 理工学研究科, 特別研究員(RPD)
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| Project Period (FY) |
2017-04-26 – 2020-03-31
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| Keywords | 光合成細菌 / 炭素循環 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水圏環境における酸素非発生型好気性光合成細菌（Aerobic anoxygenic phototrophic bacteria, AAnPBと呼ぶ）の物質循環駆動力の解明のために、河川としては東京都多摩川、湖沼として、福井県三方五湖において、AAnPBの分布調査を行った。また、海洋として愛媛県宇和海の真鯛養殖場いけす周辺の海水中の培養性AAnPBの多様性を調べた。さらに、光合成関連遺伝子pufMのデータベースを用いて、AAnPBに関する遺伝子情報の体系化および最新化を行なった。具体的には、pufM遺伝子として登録されている種、属のリストアップと、それの系統樹の作成である。最後に、AAnPBの捕食者である原生動物とAAnPBを共培養し、捕食者体内でのAAnPBの光合成色素であるバクテリオクロロフィルの分解メカニズムを解明する実験を開始した。結果の概要としては、多摩川においては有機物粒子に付着しているAAnPBが多く観察され、AAnPBが多摩川において付着性の生活様式で生きていることが示唆された。三方五湖において、三方湖、久々子湖、水月湖の3湖において、AAnPBは普遍的に分布しており、水月湖の溶存酸素濃度がほぼ0になる境界層においては、AAnPBに加えて、嫌気性の光合成細菌（Anaerobic anoxygenic phototrophic bacteria, AnAnPBと呼ぶ）も混在していると考えられるが、AAnPB + AnAnPBの現存量は、全菌数に対して50%超であった。これは、AAnPBを含む光合成細菌が三方五湖において、炭素循環を駆動するメインプレーヤである可能性を強く示唆している。宇和海においては、これまでAAnPBとして未記載種が多く分離培養された。AAnPBに関する遺伝子情報の体系化と最新化、バクテリオクロロフィル分解メカニズム解明も着実に進んでいる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
今年度は、河川および湖沼での酸素非発生型好気性光合成細菌（Aerobic anoxygenic phototrophic bacteria, AAnPBと呼ぶ）の分布調査として現場観測を主に予定していたが、それらは予定通りに遂行され、次年度に繋がるデータは確実に取得されている。河川として多摩川、湖沼として三方五湖において観測を進めたが、両観測点においてAAnPBの分布と現存量の大きな時空間変動、さらにAAnPBの生活様式が明らかになった。この研究成果は、河川や部分循環湖という未だ調べられていなかった環境におけるAAnPBの現存量データとしての新規性だけでなく、次年度に予定しているAAnPBの現場培養実験の実現に向けての、貴重なデータでもある。海洋においては、養殖場環境における海水試料から、簡便な色素検出技術を用いて、効率的に多数の新規好気性光合成細菌の分離培養に成功している。今回、分離培養した未知のAAnPBについては、新種記載を進めている。現場観測や分離培養実験に加え、さらに当初予定していなかった、オープンアクセスのアミノ酸データベースを用いての光合成細菌に関する遺伝子情報の体系化と最新化にも着手した。この体系化と最新化データは、今後の河川、湖沼、海洋におけるAAnPBの分子系統学的多様性の評価において大きな一助となることが期待され、またこれまで不明瞭であった、AAnPBの進化学的位置付けを解明することにも繋がるという点で、大きな将来性と重要性を秘めている。また、こちらも当初予定していなかったが、AAnPBの光合成色素であるバクテリオクロロフィルの環境中での分解メカニズムの一つとして、原生動物による捕食による捕食者体内でのバクテリオクロロフィル分解過程を想定し、原生動物とAAnPBの共培養を行い、その培養液の色素分析を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度（平成30年度）は、まず今年度取得した、河川として多摩川、湖沼として三方五湖においての酸素非発生型好気性光合成細菌（Aerobic anoxygenic phototrophic bacteria, AAnPBと呼ぶ）の分布調査結果をまとめ、早期に学術雑誌への投稿を目指す。そこでは、現存量と環境要因の相関解析および、生活様式として付着性か浮遊性かに着目して、コンパクトにまとめる。本研究結果は次年度以降の研究の先行研究として非常に重要であるので、早急に論文として発表する必要がある。さらに、高い現存量と、大きな季節性が確認された水月湖においては、現存量だけでなく、DNA試料を用いた多様性解析を進め、引き続き、観測を継続することで本湖におけるAAnPB動態の季節性を明らかにしていく。また、AAnPBの現場培養実験を水月湖の湖水試料を用いて行い、AAnPBの細胞増殖速度や捕食者による死滅速度を求めることで、AAnPBの炭素循環における駆動力を評価する。
愛媛県宇和海の養殖場環境における海水試料から分離培養に成功した未記載の新規AAnPBについては、新種記載に向けての実験を進める。新種記載に関しては受け入れ研究室において、記載ノウハウが確立されているので、スムーズかつ迅速に進めていける。
オープンアクセスのアミノ酸データベースを用いての光合成細菌に関する遺伝子情報の体系化と最新化については、大まかなデータは全て収集したので、今後は、そのデータのリスト化を進め、またそれらの系統関係を示す。結果は、早期に学術雑誌に投稿を目指す。
環境中でのバクテリオクロロフィル分解メカニズムの解明については、現在そのメカニズムの一つとして想定している原生動物による捕食に着目し、引き続き、原生動物とAAnPBの共培養実験を継続し、その培養液の色素分析を進める。
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