Acquisition and maintenance of tolerance to combinational environmental syresses in seaweeds

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18F18388
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 三上 浩司 北海道大学, 水産科学研究院, 准教授 (40222319)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): KUMARI PUJA 北海道大学, 水産科学研究院, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2018-11-09 – 2021-03-31
• Keywords: 環境耐性能 / ウシケノリ / 低塩類濃度ストレス / ストレス応答 / 膜脂質脂肪酸

Outline of Annual Research Achievements

予定していた２種の環境ストレスの内、栄養飢餓（低塩類濃度）ストレスに対する耐性能獲得に関する研究をウシケノリを用いて行った。
まず、致死的なストレス強度の同定を行ったが、驚いたことに、ウシケノリは栄養がほとんどない淡水中でも生育可能であり、致死的な表現型が見られなかった。そのため、ウシケノリは栄養飢餓（低塩類濃度）ストレスに対して非常に高度な耐性能を内在的に保持しており、このストレスについては本来のレベル以上の耐性能の獲得は必要ないことが明らかとなった。しかしながら、栄養飢餓（低塩類濃度）ストレス下では、細胞の長さが短縮され、色素体の形状もダイナミックに変化していたことから、ウシケノリはこのストレスに対して生理学的に応答していることは確かである。この場合、膜脂質脂肪酸の組成には変化がなかったので、細胞や色素体の形状変化に関連すると予想された細胞膜の物理状態の変化は、ウシケノリにおける高度な栄養飢餓（低塩類濃度）ストレス耐性の維持には大きな役割を果たしていないことも明らかとなった。
これらの知見は、紅藻においては、ストレスの種類によって元々耐性能を持っている場合と記憶によって耐性能が獲得される場合があることをはじめて示唆するものである。そのため、紅藻の環境耐性能獲得機構の全体像を理解するためには、研究目標の１つであるストレス記憶による環境耐性能獲得機構の解明に加えて、本研究で明らかとなった内在的な高環境耐性能の維持機構についても、今後は解析を進めていくことが必要と考えられた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度の目標は、スサビノリとウシケノリを用いて、それらが高温と栄養飢餓の２種の環境ストレスに対して耐性能を獲得できるかどうかを検証することであった。
これらの内、ウシケノリにおける栄養飢餓（低塩類濃度）ストレスに対する耐性能獲得機構の関する解析を行うことができた。その結果、ウシケノリが淡水中でも生育できる極めて高度な低塩類濃度ストレス耐性能を内在的に維持しているという予想外の成果を得た。そのため、このストレスについては耐性能獲得という視点での解析は不能であることが判明し、その意味で目標とは異なる方向への展開が見えてきた。
実は、ウシケノリの高温ストレス記憶については別途研究が進んでおり、本研究の目標である複合環境耐性の研究も近いうちに進めることができる状況にある。
以上のことから、スサビノリを用いる実験は進んでいないものの、研究自体は順調に進んでいると考えている。

Strategy for Future Research Activity

今年度得られた研究成果を踏まえて、以下のように研究を進めていく予定である。
１）内在性高環境耐性能の維持機構に関する研究。
本研究により、生育環境における各種栄養源、あるいはイオン強度の低下に対するウシケノリの生理応答が、細胞膜の流動性変化を伴わない何らかの物質輸送系の活性化によっていることが示唆される。そのため、まずはICP質量分析装置を用いて細胞内イオン濃度の測定を行い、次いで、その恒常性の解明に向けて、イオン輸送体の遺伝子の同定とそれらのストレス依存的な発現制御の解析を進める。
２）栄養飢餓と高温ストレスに対する複合環境耐性能獲得に関する研究。
淡水処理されたウシケノリが、積極的な生理応答を行って栄養飢餓耐性を示すことが明らかとなったので、その状態のウシケノリが高温に対しても耐性を示すかどうか、もしそうであれば高温耐性獲得ウシケノリは栄養飢餓耐性を示すかどうか、などの生理学実験を行う。結果に応じて進め方は異なってくるが、基本的には、トランスクリプトーム解析などを通して、複合環境耐性能獲得に必要な生理状態の確立やそれを可能にする遺伝子発現制御などを明らかとする。