極小の単細胞ピコ藻類における生活史ステージ転換現象の究明

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K15585
• Research Institution: Fukui Prefectural University
• Principal Investigator: 山田 和正 福井県立大学, 海洋生物資源学部, 助教 (20778401)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 栄養細胞 / 生活史 / 世代交代 / セルソーティング / 増殖 / パルマ藻 / ボリド藻 / 二形態性生活史

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，極域や亜寒帯海域での生態学的な重要性が示されつつあるシリカ被殻を持つパルマ藻Triparma属に注目している．本藻類は，生活史中に少なくとも二つのステージ，すなわち，シリカの殻を持ち無鞭毛で不動性の有殻ステージと鞭毛を持ち無殻で遊泳性の鞭毛ステージを持つ．本研究では，両ステージの生理学的な違いとステージ転換の仕組みを理解するため，培養株を用いた解析を進めている．
遺伝子発現解析に向け，セルソーターを用いて両ステージ混在株から鞭毛ステージを分取する条件は昨年度に確立したが，混在株における鞭毛ステージの存在比率が低いことから（5％以下），ソーティングに時間がかかることが難点となっていた．光強度と各ステージの増殖速度の関係を調べた予備的な培養実験では，鞭毛ステージの最大比増殖速度が強光下で高まることが示されていたことから，本年度は，強光条件下で両ステージ混在株を培養し，鞭毛細胞の割合を高めた状態での細胞分取を試みた．しかし，鞭毛ステージの存在比率の上昇は，再現性が低く，また強光条件では細胞が死滅する場合も生じた．本結果を受け，今後の遺伝子発現解析は，弱光下で培養した少量の細胞を用いて実施することとした．
また，両ステージの転換条件や世代交代の意義を探る実験の一つとして，元素組成解析を進めている．微量元素を含む15元素を対象としたICP-MSによる定量分析の結果，有殻ステージの細胞では，他の植物プランクトンよりもNiの含量が顕著に高いことが示された．現時点では，生活史との関連性は不明であるため，今後，鞭毛ステージとの含量比較を進める．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本研究では，パルマ藻の生活史の実態，具体的には，各生活史期の適応環境と遺伝子発現パターンの違いの解明を目指している．元素組成の解析では，有殻ステージの細胞中にNiが他の植物プランクトンよりも多く含まれるなどの新たな知見を得た．一方，本年度に結果を得る予定であった遺伝子発現解析については，上述の通り，両ステージ混在株中の鞭毛ステージの比率を高める試みが難航したため，進行が遅れた．

Strategy for Future Research Activity

両ステージ混在株中の鞭毛ステージの比率を再現性良く高めることは困難であったことから，今後の遺伝子発現解析は，短時間で分取が可能な少量の細胞を用いて実施する方針で進める．

Causes of Carryover

当初予定していた遺伝子発現解析の実施に至らなかったことや，コロナウイルス感染症拡大の影響で国際学会への出席のための出費がなかったため未使用額が生じた．