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

2017 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 17K00676
• 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, 一般教科, 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
• 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 / ゲノム

研究実績の概要

本研究の目的は、微細藻類による低コストの脂質大量生産法を実験室レベルで確立して、藻類バイオマス燃料の普及・発展に寄与することである。そのために、以下の二つのアプローチにより研究を進めている。①先行研究で開発した単細胞紅藻Cyanidioscyzon merolae（シゾン）の新規培養法である高効率燃料生産条件を用いて、ゲノム情報を基盤にした解析により、細胞増殖を維持したまま高率に脂質を生産するメカニズムの解明を目指すとともに脂質高生産株の育種を行う。②新規の脂質高生産藻類を単離し、脂質を高生産する培養条件を決定する。
平成29年度は、①シゾンを用いた、細胞増殖を阻害しない脂質蓄積条件下における網羅的な遺伝子発現解析から、脂質生産、油滴形成、脂質蓄積に関わると考えられる遺伝子を9遺伝子選抜し、特に重要と考えられた4遺伝子について変異体の作成を開始した。現在、大量発現株の作製を行っている。②低コストの大量培養系を実現するためには、開放系培養が望まれるが、閉鎖系培養よりも他種生物の混入と増殖の可能性が大きくなる。本年度は、開放系培養を実現可能な極限環境（低pH、高pH、高温、高塩濃度など）から採取した微細藻類を単離し、脂質生産性を検討した。その結果、高pHの温泉より、脂質高生産藻類を単離した。一般的に藻類は、増殖中は脂質をほとんど蓄積せず、ストレス条件下で脂質を蓄積するが、本藻類は分裂細胞の多い時期でも脂質を蓄積した。さらに、長期的に培養した定常期では、分裂細胞は見られず、各細胞の葉緑体量が減少し、大量の脂質を蓄積していた。本藻類の至適生育pHを検討したところ、生息地よりも中性よりのpH7-8であった。新規単離藻類は、pH9、22℃で増殖するため、大量培養の際、低コストで培養可能であるため、藻類バイオマス燃料生産種として極めて有望と考えられる。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

新規高効率燃料生産条件下における網羅的な遺伝子発現解析から、細胞増殖を阻害せずに脂質を大量に蓄積するのに寄与すると考えられる9遺伝子を選抜し、そのうち4遺伝子の変異体作成を着手した。しかし、シゾンを用いた当該遺伝子の大量発現株などの変異体の作製が、技術的問題等の理由で遅れている。本年度は変異体作成を行う人員を増加し、進めている。一方、次年度予定だった新規単離藻類の解析は、単離した藻類が予想したよりも多量に脂質を生産する株であったため、当初の予定よりも進んでいる。よって進行状況をやや遅れているとした。

今後の研究の推進方策

今後は、シゾンの変異体を作製し、その解析により、細胞が増殖しながら脂質を生産するメカニズムの解明を目指す。作製した変異株の脂質生産性が強化されていた場合は、脂質生産株として有用かどうかの評価を行う。新規単離藻類については、pH以外の至適生育条件、至適脂質生産条件の検討を行う。また、新規単離藻類の生産する脂質の同定等を行う。

次年度使用額が生じた理由

納品が間に合わなかった試薬があったため、再度発注し、購入する。

研究成果

• [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 ページ: 13284～13289
  • DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1715008114
  • 査読あり
• [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 Takayuki, Ohnuma Mio, Kuroiwa Tsuneyoshi, Ohbayashi Ryudo, Hirooka Shunsuke, Miyagishima Shin-Ya
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 8 ページ: -
  • DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2017.00343
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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: 978-981-10-6100-4