真菌類が硫化カルボニル代謝により気体状硫黄を固定する生理的意義と代謝経路の解明

• Project/Area Number: 19K22327
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 40:Forestry and forest products science, applied aquatic science, and related fields
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: 吉田 誠 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (30447510)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大津 厳生 筑波大学, 生命環境系, 准教授 (60395655) ; 片山 葉子 独立行政法人国立文化財機構東京文化財研究所, 保存科学研究センター, 客員研究員 (90165415)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2022-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2020: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2019: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: 真菌類 / 硫黄代謝 / 硫化カルボニル

Outline of Research at the Start

本研究は、真菌類における新規な硫黄獲得経路の存在を証明し、その全貌を明らかにする極めて挑戦的な研究である。ごく最近、代表者と分担者の共同研究において、糸状菌が気体状の硫化カルボニル(COS)を出発物質とした新規硫黄獲得経路を有する可能性を見出したことから、我々は「糸状菌には大気中の気体状硫黄化合物を硫黄固定する能力が備わっている」という仮説を立てた。そこで本研究課題では、我々がCOS高分解菌として土壌から単離したTrichoderma sp.THIF08株を用い、網羅的硫黄含有化合物のメタボロミクス、トランスクリプトミクス、遺伝子ターゲティングにより、上記の仮説を3年間の期間内に立証する。

Outline of Annual Research Achievements

真菌類は森林生態系における重要性同時に、産業的にも木材を利用する上で商品価値を落とす主要な微生物劣化(腐朽やカビ汚染)の原因である 。よって、それらの真菌類の生理学的な知見を蓄積することは、森林生態系の深い理解のみならず、木材の生物劣化への対策を考える上でも重要である。 一般に、糸状菌の生理学的研究は炭素源の獲得に着目したものが主流である一方で、ミネラル類についての研究は、生理的な重要性とはうらはらに研究例が少ない。本研究では、生物の必須元素であり、ミネラル類の中でも豊富に存在する硫黄に焦点を当て、真菌類における全く新規な硫黄獲得経路の存在を証明し、その全貌を明らかにする。具体的には、糸状菌が気体状の硫化カルボニル(COS)を出発物質とした硫黄獲得経路を持つという仮説を立証することを目指す。そこで、我々がCOS高分解菌として土壌から単離したTrichoderma sp.THIF08株を用い、網羅的硫黄含有化合物のメタボロミクス、トランスクリプトミクスなどにより、上記の仮説を3年間の期間内に立証することを目指す。本年度は、COSを単一の硫黄源とする培養条件下で培養し、COS濃度がコントロールの無菌条件と比較して顕著に減少することを確認し、さらにその培養条件で得られた菌体から代謝物を抽出し、サルファインデックス解析(LC-MS/MS硫黄代謝解析)を実施した。その結果、COSに由来する硫黄含有代謝物が多数特定されたことから、COSに含有される硫黄元素が糸状菌細胞に取り込まれ、代謝されている可能性が示唆された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

COSを単一の硫黄源とする条件下で菌糸の成長が観察され、さらにそこから抽出された代謝物において硫黄を含有する化合物が多数観察されたことから、本菌はCOSを細胞内に取り込んでいることが示唆された。これは我々が本課題に対して立てた仮説を強く支持する結果である。このように、本年度予定していた研究を着実に実施するとともに、仮説に対してポジティブな結果が得られたことから、研究が順調に進展していると判断できる。

Strategy for Future Research Activity

次年度はCOSを単一の硫黄源とする条件下で培養した菌糸から抽出したRNAを利用したトランスクリプトーム解析を実施することで、COS代謝系に関わる遺伝子群を明らかにする。また、サイファインデックス解析についてもさらに詳細に解析し、代謝物についてもより詳細な情報を得る。また、オミクス解析から特定されるキー遺伝子の遺伝子ターゲティング解析の準備も開始する。