2014 Fiscal Year Research-status Report
代謝プロセスに着目した生態系における一般炭素・窒素安定同位体動態機構モデルの構築
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26550091
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| Research Institution | Research Institute for Humanity and Nature |
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Principal Investigator |
石井 励一郎 総合地球環境学研究所, 研究推進戦略センター, 准教授 (40390710)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
相田 真希 独立行政法人海洋研究開発機構, 地球環境観測研究開発センター, 技術主任 (90463091)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 生態系解析 / 代謝プロセスモデル / 安定同位体分析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1. 細胞レベルの代謝マップにおいて、C・Nの同位体効果の起こる部位の特定とその素過程ごとのプロセスモデルのプロトタイプの開発をおこなった。ミトコンドリアを中心とする代謝経路のなかでC・N同位体効果が起こる脱炭酸・脱アミノ反応が起こる部位のエネルギー代謝中間産物を炭素骨格とする可欠アミノ酸の合成経路から分類した4つの群系について、これらの同位体効果のおこる代謝素過程ごとに、同位体効果の定量的関係、アミノ酸、グルコース、脂肪酸を基質とする代謝産物量の関係を元に、同位体動態モデルを開発し、これらを連結したモデルの試作を行った。
2. 文献情報から、西武北太平洋域（海洋 貧栄養）、琵琶湖、バイカル湖（陸水 湖沼）、モンゴル草原の各生態系について、C・N同位体情報のデータベース化をおこなった。 またこれらの生態系について、捕食-被食関係、依存する一次生産者、その成長制限環境要因の情報を収集し、データベース化を進めている。
3. 飼育系の魚類のサンプルを同位体分析は、諸事情により操作実験を行うことができなかったが、該当業種の部位ごとのC・N同位体分析は予備的に行った。
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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
生態系内の同位体濃縮についての反応速度論に基づいた生理的要因、外的環境要因を含む一般的なメカニズムの演繹的数理モデルを用いての検討を進めており、細胞内代謝マップ内で主なC・Nの同位体効果の起こる部位の特定と、各素過程での通常の同位体分別係数についての知見を、哺乳類を含む複数の生物分類群について調べ、これを元に同位体動態から定量的に検討する数値モデルの試作を行った。複数の素過程を連結し包含した代謝モデルを用いて、細胞内代謝経路による代謝産物が受ける同位体効果を検討を開始しているが、まだ数値モデル上で実測値を定量的に再現できるには至っておらず、各素仮定モデル、連結条件共に基礎反応式とパラメーターの確認と検討を行っている。 2014年度に計画していた飼育系での実測値の取得については、研究代表者の異動により、研究協力者との調整を中断せざるを得ず、次年度以降に計画を延期したが、該当する魚種のサンプル提供を受け、同位体の予備分析は進めることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
細胞レベルでの代謝プロセスの数理モデルの定量化 現在文献値を元に高度化を進めている数値モデルにより、摂餌により取り込まれたタンパク質をはじめとする餌由来の基質が代謝による異化・同化を経てTLが一段階上がるまでに受ける、脱炭酸・脱アミノ反応過程を追跡し、全体としてC・Nの受ける同位体効果を評価する。 昨年度実行できなかった飼育実験データを、今年度改めて取得をおこない、TL1段階あたりのバルクC・N同位体濃縮のモデルの未知パラメーターのチューニングの標的値とする。 その際、餌のC/N比、成長速度を変化させたとき、とくにCの同位体効果がどのように変化するかについて、代謝モデルと飼育実験データの比較から、外部要因が同位体効果に与える評価をおこなう。
上記のTLごとのモデルを直列に複数段階連結した食物連鎖モデルについて、申請者らがこれまでにデータ解析実績をもち、生物相、物理環境まで多くの情報が蓄積し、互いに似通ったΔδ15N/Δδ13Cのデータベースを作成している西部北太平洋、琵琶湖、バイカル湖、モンゴル草原の各生態系の食物網の値を用いての各生態系の条件に合わせて特化したモデルを開発し、この連結モデルの検証と校正を行う。この一連の作業により、生態系間に見られる「生理的拘束条件（内的一般性）」の基準となるΔδ15N/ Δδ13Cが推定できると期待される。
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| Causes of Carryover |
2014年度に計画していた飼育系での実測値の取得については、研究代表者の異動により、研究協力者との調整を中断せざるを得ず、執行額が減少した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
これらは2015年度中に計画修正により実施予定であり、可能な限り2015年度の経費に追加して執行する予定である。
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Research Products
(4 results)
