2019 Fiscal Year Annual Research Report
Studies on the mechanism for colony formation by the hydrocarbon producing green microalga Botryococcus braunii
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19H03043
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
岡田 茂 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (00224014)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松永 茂樹 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (60183951)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | Botryococcus braunii / 炭化水素 / 群体 / バイオポリマー / 生合成 / バイオ燃料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
群体性微細緑藻Botryococcus brauniiは、他のバイオ燃料生産植物とは異なり、大量の液状炭化水素を生産し、細胞外に分泌する。しかし、細胞外に分泌された炭化水素は、群体を構築している親油性バイオポリマーに捕捉されてしまうため、単純な圧搾等による回収が難しく、バイオ燃料生産の観点からは、当該バイオポリマーは「やっかいもの」である。一方、当該バイオポリマーは、ゴム状の弾性を有しており、新規素材としての利用が期待できる。当該バイオポリマーは、直鎖脂肪族ジアルデヒドが、高度に重合した基本骨格から成るが、その形成メカニズムは不明である。そこで本研究では、本藻種におけるバイオポリマーの形成機構を明らかにし、有用生物素材の生産を可能にする新規酵素の取得とともに、有用炭化水素の回収が容易な、「非群体性」のB. brauniiの新株を作出するために必要な、基礎科学的知見の拡充を行うことを目的とする。
研究開始当初は、B. brauniiのA品種におけるバイオポリマー生合成について、重点的に研究を進める予定であったが、炭化水素組成がより単純であるにも関わらず、他品種と同様に親油性バイオポリマーを生成するS品種を複数株入手できたことから、今年度はS品種の炭化水素、およびバイオポリマー形成関連化合物につき分析を行った。その結果S品種には、既報とは異なる構造を有する炭化水素を蓄積する株が存在することが判明した。その一方、脂肪酸から親油性バイオポリマーへと至る生合成の中間体と考えられる様々な高分子脂質を、他品種同様に蓄積していることも明らかになった。したがって、S品種に属する藻株を用いる事で、B. brauniiによる群体形成機構の解析を、より単純化させることができるものと考えられた。
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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
Botryococcus brauniiには、生産する炭化水素が異なるA、BおよびLの3品種が存在することが古くから知られていた。これに対し、本藻種が生産する親油性バイオポリマーの主要構成要素は、3品種に共通して超長鎖脂肪族ジアルデヒドであることが知られている。 B. brauniiにおける親油性バイオポリマーの生合成を考える上では、炭化水素とバイオポリマーの両者とも、脂肪酸を前駆体として生産するA品種について研究を行うのが良いと考えていたが、A品種が生産する超長鎖脂肪酸標品の入手、および藻体への取り込み実験を行う際、ある程度困難を伴うことを予測していた。この状況下、比較的最近新たな品種として提唱された、S品種に属するB. braunii数株の譲渡を受けることができた。S品種は比較的鎖長が短い、炭素数20の飽和炭化水素のみを生産すると言われている。実際に得られたS品種の炭化水素を分析したところ、既報とは異なる構造の炭化水素を生産している株があったものの、その組成は他の3品種より単純であった。その一方、S品種は他品種と同様に親油性バイオポリマーを生産し、比較的安定な群体を形成することも明らかになった。さらにS品種につき、炭化水素以外の脂溶性成分の分析を行った。その結果、S品種にも他品種同様に、脂肪酸から親油性バイオポリマーへと至る生合成上の、中間体と考えられる様々な高分子脂質が存在することも明らかになった。これらの知見を基に、S品種に属する藻株につき研究を進めて行くことで、B. brauniiによる群体形成機構の解析を、単純化させることが期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度も引き続き、S品種における炭化水素および高分子脂質の同定を進めるとともに、それらとバイオポリマー生合成との関連性を明らかにしていく予定である。さらにS品種を、脂肪酸鎖長伸長酵素の阻害剤を添加した培地と非添加の培地で培養し、トランスクリプトーム解析を行う。その結果を、すでに得られているＡ、ＢおよびＬ品種のトランスクリプトーム解析結果と比較する事で、親油性バイオポリマー生合成酵素遺伝子の特定を試みる。候補遺伝子が取得できた場合は、大腸菌等を用いた異種発現系により機能解析を行う。その一方、B. braunii自身における、当該遺伝子の機能同定を可能とするために、本藻種の形質転換法の開発も試みる。
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