2020 年度実績報告書

アルケノン生産性藻類の物質生産性向上のための基盤技術の研究

研究課題

研究課題/領域番号	17H00800
研究機関	筑波大学
研究代表者	鈴木石根筑波大学, 生命環境系, 教授 (10290909)
研究分担者	新家弘也関東学院大学, 理工学部, 助教 (30596169) 長谷純宏国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所放射線生物応用研究部, 上席研究員(定常) (70354959) 岩田康嗣国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 招聘研究員 (80356534)
研究期間 (年度)	2017-04-01 – 2022-03-31
キーワード	アルケノン / ハプト藻 / 重イオンビーム / 突然変異 / 加速器
研究実績の概要	ハプト藻類は海産性の微細藻類で、低緯度から高緯度まで世界中の海洋に普遍的に生育している。ハプト藻の中には貯蔵炭素物質としてユニークな脂質を蓄積するものがあり、新たなバイオ燃料として期待されている。そのユニークな脂質は炭素数が37－40程の調査の直鎖状の炭化水素で一方の末端にメチルケトン基を含む、いわゆるアルケノンと言われる化合物である。もともと海底の底泥から発見されていたが、近年一部のハプト藻類がそれらアルケノンを合成していること、長鎖の炭化水素系の脂質でアルキル基部分に7または14の炭素毎にtrans型の不飽和結合を含むこと、ハプト藻類の培養温度が低下すると不飽和結合の数が増えること、光合成のできない暗所でアルケノン蓄積量が減少することから貯蔵炭素として合成されているがわかっている。一方で、アルケノンがどの様に合成されるか、またどの様に分解されるかについての情報は得られていないため、近年利用が可能になったCRISPR-Cas9等を用いたゲノム編集技術による育種は困難である。アルケノンのこのような特徴から新規のバイオ燃料への利用が検討され、我々はアルケノン蓄積量を増加した株を得るため重イオンビーム照射による突然変異導入を試みた。これまでの研究から、アルケノン量が3倍ほど増加した株を得ている。この株では遺伝子的にどの様な変化が起こったのかわからないが、光合成活性が野生株より2倍ほど高まっており、このことがアルケノン蓄積量の増加につながっていると考えられる。また、暗所においてもアルケノン分解速度が遅い株、高温条件でもアルケノンの不飽和度の高い株を得ている。
現在までの達成度 (区分)	現在までの達成度 (区分) 2: おおむね順調に進展している理由これまで毎年数回のマシンタイムを量研機構高崎で確保していただき、その都度照射実験を行ってきた。その結果、光合成活性が高まりアルケノン生産量の向上した株、アルケノンの分解速度の低下した株、アルケノンの不飽和度の変化した株を得ることができている。光合成活性が高まっている株については、変異部位をぜひ明らかにしたい。今年度次世代シークエンサーを導入予定であるので、Transcriptomics解析などを行って野生株との違いを明らかにしたい。また、アルケノン分解速度の低下した株も得られており、これらの形質を両方併せ持つ株が得られればさらに生産量は増加できる。また、不飽和結合数は触媒を使って液体燃料成分に変換したり、より低分子の工業原料への変換が期待できる。我々は3つ目の不飽和結合を導入する新規なアルケノン不飽和化酵素遺伝子を同定しているので、その発現解析を行ってみたい。
今後の研究の推進方策	これまで得られているいくつかの有用形質を持つ変異株について、Transcriptomics解析などを行って変異部位を明らかにするための解析に取り組む。昨年まで同じ研究室で研究員をしていた遠藤博寿博士は、今年度4月から鶴岡高専へ異動したが、ハプト藻の形質転換系を世界に先駆けて開発した実績を有し、目的遺伝子の構成的発現が可能である。また遠藤氏は一本鎖DNAを導入すると、染色体上のその総合配列を持つ遺伝子のメチル化修飾の程度を人工的に改変し、その結果当該遺伝子の発現量を安定にしかも顕著に抑制する系を開発している。この手法を用いると遺伝子配列の変化無しに標的遺伝子特異的に発現量を抑制できることがわかっている。これまで得ている変異株で発現レベルが変わっている遺伝子群を特定できれば、これらの方法を用いて原因遺伝子を特定することが可能である。令和3度は特にこれらの点移管して研究を進めたい。また、有用な変異形質を複数もつ株についても入手できるよう、加速器による照射実験もマシンタイムが許す限り継続する。