Research on boosting mechanism of fiber digestion in key rumen bacterium by agricultural byproduct

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20F20102
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 小池 聡 北海道大学, 農学研究院, 准教授 (90431353)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): LAHRITA LUCY 北海道大学, (連合)農学研究科(研究院), 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2020-04-24 – 2022-03-31
• Keywords: 反芻家畜 / ルーメン細菌 / 繊維消化 / 農業副産物

Outline of Annual Research Achievements

本研究では農業副産物であるマメ外皮による繊維分解性ルーメン細菌Fibrobacter succinogenes　（以下、Fs）の代謝活性向上メカニズムの解明を目的としている。
初年度は、難消化性繊維であるイナワラの分解促進を念頭に、マメ外皮添加がFsの増殖、発酵、および遺伝子発現に及ぼす影響を評価した。
まず、Fｓをイナワラ、マメ外皮、またはセルロースを基質とする培地で培養した際の増殖と発酵を比較したところ、セルロースにおいて最も良好な増殖と発酵産物産生が確認された。一方、イナワラを基質とした場合のFsの増殖は速度、収量ともにセルロースに比べて低く、資化性を反映する結果となった。マメ外皮における増殖と発酵は、セルロースとイナワラの中間程度であったことから、マメ外皮はセルロースには劣るものの、イナワラよりも資化性は高いことを確認した。
次いで、イナワラ培地にセルロースまたはマメ外皮を添加（ともにイナワラの0.1％量）した際の、Fsの増殖と発酵を調査したところ、イナワラのみで培養した場合に比べて、セルロースおよびマメ外皮ともにFの増殖と発酵の向上が認められた。一方、RNA抽出において芳しい結果が得られなかったため、予定していた遺伝子発現については進捗が得られなかった。
培養実験と並行して、小型ロングリードシーケンサーMinION（Oxford Nanopore社）を用いた網羅的遺伝子発現解析の準備を進めており、ゲノムDNAをモックｃDNAサンプルに見立てて解析を実施し、本手法によりハイスループットな塩基配列解読が可能であることを確認している。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

培養実験は予定通り進んでおり、マメ外皮が繊維分解性ルーメン細菌の代謝活性に及ぼす影響について査定する準備は整っている。一方、RNA抽出に問題が発生しており、本研究の主眼である遺伝子発現解析に着手できていない。これは、想定よりも菌体収量が少なく、十分量のRNAが取得できないことが原因と考えられる。そのため、培養後に菌体収量を上げるためのプロセスを検討中である。
遺伝子発現解析のための遺伝子シーケンサーはセットアップが完了しており、RNA抽出の問題が解消されれば、迅速に遺伝子発現解析に着手できると考えている。

Strategy for Future Research Activity

早急にRNA抽出の問題を解消し、昨年度実施予定であったマメ外皮添加培地における繊維分解性ルーメン細菌の遺伝子発現解析を実施する。
マメ外皮によるイナワラ消化のブースト効果を確認するために、イナワラ培地へのマメ外皮により、イナワラのみを基質にした場合に比べて、繊維消化率が向上することを確認する。その上で、遺伝子発現解析データに基づき、繊維分解向上をもたらした機序を分子レベルで解明する。