新規培養系を用いた藻類バイオ燃料生産の高率化に関する遺伝子工学的研究

• 研究課題/領域番号: 17K00676
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 持続可能システム
• 研究機関: 広島商船高等専門学校
• 研究代表者: 大沼 みお 広島商船高等専門学校, その他部局等, 准教授 (70594076)
• 研究分担者: 三角 修己 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (90583625)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2019年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2017年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: 藻類バイオマス燃料 / 極限環境 / 単離 / オルガネラ / 油滴 / 細胞増殖 / 脂質生産 / ゲノム / 藻類バイオ燃料 / バイオマス利活用 / 藻類 / バイオ燃料

研究成果の概要

極限環境藻類を用いた、細胞増殖を阻害しない脂質蓄積条件における網羅的な遺伝子発現解析から、脂質の生産と蓄積に特に重要と考えられた4遺伝子について解析した。この4遺伝子についてRT－PCR解析を行ったところ、どれも脂質蓄積条件で発現量の上昇が見られた。当該遺伝子は脂質生産・蓄積に重要であり、過剰発現株は脂質生産に有用と考えられた。
平行して、アルカリ性温泉より、低コスト大量培養系に適した新規脂質高生産藻類を探索、単離した。本藻類は緑藻クロロコッカムに属し、主に9種類の脂肪酸を含む脂質を生産していた。得られた脂肪酸のうち、特に含有量の大きい脂肪酸は、他の脂質生産藻類と同様にオクタデセン酸であった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

高率的な藻類生産においては、脂質含有量が高く、増殖性の高い藻類が必須条件となる。ところが、一般の藻類では、細胞増殖と脂質の蓄積はトレードオフの関係があり、両立させることが困難である。シゾンを用いた遺伝子工学的研究により、細胞増殖をしながら脂質を蓄積する機構の基礎的知見が得られた。この知見は、広く藻類に適用できると考えられる。シゾンは培養温度40℃前後を好むため、当該遺伝子のシゾンの変異体は、脂質高生産株として、温泉地や工業施設などの近隣地域での藻類バイオ燃料生産に有用と考えられる。
並行して探索した新規脂質高生産藻類は、培養温度22℃前後を好むため、海洋などでの利用も視野に入れることができる。

研究成果

• [雑誌論文] Morphology, reproduction and taxonomy of Volvox dissipatrix (Chlorophyceae) from Thailand, with a description of Volvox zeikusii sp. nov. (2019)
  • 著者名/発表者名: Nozaki Hisayoshi、Takusagawa Mari、Matsuzaki Ryo、Misumi Osami、Mahakham Wuttipong、Kawachi Masanobu
  • 雑誌名: Phycologia 巻: 58 号: 2 ページ: 192-199
  • DOI: 10.1080/00318884.2018.1540238
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Onsite GTP fuelling via DYNAMO1 drives division of mitochondria and peroxisomes (2018)
  • 著者名/発表者名: Imoto Yuuta、Abe Yuichi、Honsho Masanori、Okumoto Kanji、Ohnuma Mio、Kuroiwa Haruko、Kuroiwa Tsuneyoshi、Fujiki Yukio
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 号: 1 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1038/s41467-018-07009-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Glycosyltransferase MDR1 assembles a dividing ring for mitochondrial proliferation comprising polyglucan nanofilaments (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Yamato, Kuroiwa Haruko, Shimada Takashi, Yoshida Masaki, Ohnuma Mio, Fujiwara Takayuki, Imoto Yuuta, Yagisawa Fumi, Nishida Keiji, Hirooka Shunsuke, Misumi Osami, Mogi Yuko, Akakabe Yoshihiko, Matsushita Kazunobu, Kuroiwa Tsuneyoshi
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 114 号: 50 ページ: 13284-13289
  • DOI: 10.1073/pnas.1715008114
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of a double nuclear gene-targeting method by two-step transformation based on a newly established chloramphenicol-selection system in the red alga Cyanidioschyzon merolae (2017)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara, T., Ohnuma, M., Kuroiwa, T., Ohbayashi, R., Hirooka, S.and Miyagishima, S.
  • 雑誌名: Front. Plant Sci. 巻: 8 ページ: 343-343
  • DOI: 10.3389/fpls.2017.00343
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] 単細胞紅藻 Cyanidioschyzon merolae のリン欠乏時の脂質合成遺伝子の研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大塚八雲，大沼みお，三角修己
  • 学会等名: 日本植物形態学会 第31回大会(仙台)
• [学会発表] 愛媛県鈍川温泉由来の油脂生産藻類とその脂肪滴 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大沼 みお，黒岩 晴子，黒岩 常祥，廣岡 俊亮，藤原 崇之，宮城島 進也，眞田 宣明，三角 修己
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会(仙台)
• [学会発表] 原始紅藻の硫黄濃度変動に対する適応応答機構の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 三角 修己，兼崎 友，齋藤 貴史，村上 瑞稀
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会(仙台)
• [学会発表] Algae sense exact temperatures: Analyses of small heat shock proteins at the survival threshold temperature in microalgae (2019)
  • 著者名/発表者名: Osami Misumi
  • 学会等名: The International Symposium on Cellular Responses, Adaptation and Fermentation in Stress Environments (Yamaguchi)
  • 国際学会
• [学会発表] 原始紅藻のバイオマス合成を誘導する外的要因と共通する代謝応答 (2019)
  • 著者名/発表者名: 三角修己，斎藤貴史
  • 学会等名: 日本藻類学会第43回大会 (京都)
• [学会発表] 愛媛県鈍川温泉からの新油脂生産藻類の単離 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大沼みお, 黒岩晴子, 黒岩常祥, 三角修己
  • 学会等名: 日本植物学会中国 四国支部大会（山口）
• [学会発表] 愛媛県鈍川温泉から単離された新油脂生産藻類の脂肪滴 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大沼みお, 黒岩晴子, 黒岩常祥, 三角修己
  • 学会等名: 日本植物形態学会 第30回大会（広島）
• [学会発表] 愛媛県鈍川温泉から単離された新油脂生産藻類の脂肪滴 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大沼みお, 黒岩晴子, 黒岩常祥, 三角修己
  • 学会等名: 日本植物学会第82回大会（広島）
• [学会発表] 緑藻メダカモ（Medakamo hakoo）のオルガネラゲノムの特徴について (2018)
  • 著者名/発表者名: 三角修己，田草川真理，加藤翔一，乾弥生，松永幸大，黒岩晴子，黒岩常祥
  • 学会等名: 日本植物学会第82回大会（広島）
• [学会発表] 極小の微細藻類を用いた細胞の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 三角修己
  • 学会等名: 日本細胞性粘菌学会第8回例会山口大会
• [図書] Cyanidioschyzon merolae A New Model Eukaryote for Cell and Organelle Biology (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsuneyoshi Kuroiwa, Shinya Miyagishima, Sachihiro Matsunaga, Naoki Sato, Hisayoshi Nozaki, Kan Tanaka, Osami Misumi, Shunsuke Hirooka, Yuuta Imoto, Yamato Yoshida, Fumi Yagisawa, Motomichi Matsuzaki, Masaki Yoshida, Takayuki Fujiwara, Mio Ohnuma, Haruko Kuroiwa, Mitsumasa Hanaoka, Nobuko Sumiya
  • 総ページ数: 365
  • 出版者: Springer
  • ISBN: 9789811061004