赤潮プランクトン休眠細胞の「目覚め」を電気化学操作で制御：電位応答発芽機構の解明

• 研究課題/領域番号: 20H03068
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分40030:水圏生産科学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人水産研究・教育機構
• 研究代表者: 伊藤 真奈 国立研究開発法人水産研究・教育機構, 水産技術研究所(廿日市), 主任研究員 (60735900)
• 研究分担者: 中村 龍平 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, チームリーダー (10447419) ; 羽野 健志 国立研究開発法人水産研究・教育機構, 水産技術研究所(廿日市), 主任研究員 (30621057) ; 坂本 節子 国立研究開発法人水産研究・教育機構, 水産技術研究所(廿日市), 主幹研究員 (40265723)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円); 2023年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2022年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2021年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2020年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
• キーワード: 有毒プランクトン / シスト / 発芽 / 底質電位 / 赤潮原因プランクトン / 赤潮プランクトン / 電気化学 / 電位 / 沿岸底質 / 発芽抑制 / プランクトン

研究開始時の研究の概要

赤潮による漁業被害は世界規模で問題であり、有効な赤潮被害軽減策の開発は喫緊の課題である。そこで、赤潮発生の起点である「シスト（休眠細胞；プランクトン種子）の発芽」に着目し、シストの発芽を左右する条件を電気化学的視点から解明する。また、そのメカニズムをプランクトン細胞内での遺伝子・代謝レベルでの変動を検証することで明らかにし、環境電位という全く新しい概念を利用した低エネルギーで革新的な新規赤潮被害軽減策の基盤を構築することを目指す。

研究成果の概要

底質に形成される有毒プランクトンのシスト（休眠細胞）において、シスト形成・休眠・発芽の過程における細胞内の代謝プロファイリング情報（代謝物・遺伝子発現）を取得した結果、細胞内の遺伝子および代謝物を大きく変動させ、シストの発芽および増殖に向けて備えていることが明らかとなった。また、底質電位が低く還元的な環境で発生する遊離硫化物のシストへの影響を検討した結果、遊離硫化物の曝露がシストの発芽を抑制することを確認した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

赤潮プランクトンシストは底質に沈降・蓄積され、数十年もの間、発芽能を保持し続ける種も多数存在することから、シストに対する抜本的な対策が講じられない限り赤潮発生リスクは長期にわたって継続する。本研究において、シストの形成・休眠・発芽に至るまでの細胞内因子の変動を明らかにしたことは、シストの発芽制御に向けて大きく貢献するものである。また、本研究にて得られた、底質環境因子がシスト発芽抑制効果を有する事象は、底質環境の管理が赤潮発生を抑制技術の開発につながるものである。