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アンモニアを亜硝酸や硝酸へ異化的に変換する硝化作用は、窒素サイクルにおける必須の生物学的過程である。独立栄養性微生物による硝化の機構については、すでに分子レベルでの詳細な議論が行われている。一方、研究代表者は、従属栄養性細菌Alcaligenes faecalisに存在するピルビン酸オキシム酸素添加酵素（POD）の分析から、この酵素が従属栄養性の硝化反応に中心的な役割を果たすことを明らかにしている。
本研究は、POD遺伝子をマーカーとして従属栄養硝化微生物の環境生態を明らかにすることを目的として立案された計画である。様々な土壌サンプルから環境DNAを抽出し、設計した特異的プライマーを用いてPOD遺伝子を増幅した結果、そのすべてが冬虫夏草の一種Beauveria bassiana由来のPOD遺伝子であった。さらに組み換え体の作成や単離株を用いた培養実験を行うことにより、特に森林等の酸性土壌で活性が高いとされている従属栄養性硝化に子嚢菌門の真核微生物、特にB. bassianaが大きく関与している可能性が示された。この結果から、細菌やアーキアだけでなく、真核微生物もまた土壌環境中における窒素サイクルに関与していることが明らかとなった。
PODは、クラスⅡアルドラーゼの相同タンパク質でありながら、炭素－炭素結合の切断や付加を触媒するリアーゼではなく、酸素添加反応を触媒する酸化還元酵素である。 申請者はPODの結晶構造解析も並行して進めている。現在までに2.6Å分解能でPODの結晶構造が得られており、PODが触媒する、ピルビン酸オキシムをピルビン酸と亜硝酸塩に分解するという他に類を見ない反応メカニズムの理解が進みつつある。
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