| 研究課題/領域番号 |
19K22337
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| 研究機関 | 高知大学 |
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研究代表者 |
山口 晴生 高知大学, 教育研究部自然科学系農学部門, 准教授 (10432816)
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| 研究分担者 |
西脇 永敏 高知工科大学, 環境理工学群, 教授 (30237763)
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| 研究期間 (年度) |
2019-06-28 – 2023-03-31
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| キーワード | 亜リン酸 / 正リン酸 / 海洋微生物 / 細菌 / 培養 / NMR / 選択利用 |
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| 研究実績の概要 |
リンは全生物の必須元素であり海洋生物生産の主たる制御要因となる。現在の海洋科学におけるリンとは一般的に完全酸化型（V価）の正リン酸化合物のことを指すが，近年，その還元型である亜リン酸化合物（Ⅲ価）が海水より見出されている。この化合物の多くは，有機形態のPhosphonate（ホスホネート）と称されるもので，化学的に強固なC-P結合をとることに特徴がある。そのため，細菌などの微生物にはほとんど利用されないと考えられていた。
ところが最近，亜リン酸化合物を利用可能な海洋細菌が海外より報告された。その中には，海洋に広く分布するメチル亜リン酸を分解し，それに伴い強力な温室効果ガスの一つメタンを生成するものも含まれる。したがって，海洋リン循環と密接に連動する生物生産機構，あるいは海洋メタンが関わる地球気候変動の全容を理解する上で，メチル亜リン酸を含めた亜リン酸化合物の変動プロセスを解明することは重要である。とりわけ，亜リン酸化合物を積極的に分解・利用する微生物群を明らかにし，それらによる海洋リン循環の新しい駆動メカニズムを明らかにすることは重要な位置づけにある。
本研究では，新考案の培養手法・リン分析技術を駆使することで，まず亜リン酸化合物を高効率に分解・利用可能な海洋微生物を探索・分離する。それら分離微生物による亜リン酸化合物の選択的な分解・利用を明らかにし，この機作を組み入れた新しい海洋リン循環機構の提唱を果たす。
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| 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
本邦沿岸表層水より分離できた細菌株の多くが，化学的に難分解な亜リン酸化合物を分解・利用することで，従来からのリン源（正リン酸化合物）と比べて遜色ない程度まで増殖可能なことを明らかにした。当該利用能を有する細菌の16S rDNAを解析したところ，供試の多くが海洋に広くかつ優占分布するAlpha-Proteobacteriaに属していることがわかった。これらの細菌は，供試した化合物のうちメチル亜リン酸も分解できたことから，本邦沿岸表層でのメタン生成に関与しているかもしれない。
今回の試験で用いた分離培養技術であれば，「亜リン酸化合物を利用可能な海洋細菌」を少なくとも95%以上の効率で分離することが可能である。また，細菌の培地に含まれる亜リン酸化合物・正リン酸化合物をそれぞれ区別して定量的に検出できる技術も開発した。これらによって，目的とする細菌分離株を高効率に探索することができ，それらを対象にした亜リン酸化合物・正リン酸化合物の利用選択性（より好み）を明らかにできる。
以上より，海洋細菌の新しい生理学的知見を得ることができ，新たな実験技術を確立するに至った。成果の一部を公表し，現在，論文として取りまとめている段階にあることから，おおむね当初の計画通りに研究は進捗していると判断している。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究課題で見いだされた細菌培養株を対象に，その亜リン酸化合物の利用能を精密な培養試験，分析技術ならびに比較解析によって明らかにする。亜リン酸化合物と正リン酸化合物がリン源となる培地に細菌株を接種し培養，得られる細菌の増殖速度あるいは細胞収量を調べる。その培養中，リン化合物の変動を核磁気共鳴法により解析することで，細菌分離株のリン化合物利用機作を利用選択性も含めて評価していく。この解析段階では，濃度既知でかつ微生物の分解作用を受けないリン化合物を標準物質として用いることで，対象とするリンの変動を定量的に解析できるようにする。
ここでは，分子系統学・ゲノム情報学的な観点も交えて海洋細菌による亜リン酸化合物利用を考察できるようにするため，供試細菌については慎重に検討する予定である。すなわち，分子性状に基づいて種・系統が決定された細菌分離株のうち，ゲノム情報が得られている細菌と近縁・同種なものを選抜する。それらのゲノム情報から亜リン酸化合物の利用関連遺伝群を取得，それらと細菌種の系統，あるいは亜リン酸化合物利用能との関連性について考察することにもトライする。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
昨年度1月以降，コロナウイルスの感染拡大の影響を受けて，実験・解析資材の納入に遅れが生じた。当初，該当期においては効率的な解析のための人的資源の投入，それに必要な謝金を計画していたが，適切な人材の不足により，謝金の使用を見送らざるを得なかった。また，コロナウイルスの感染拡大を抑える観点から，学会大会が例年どおりに開催されないことになり，それにより旅費の出費が取り消された。これらにより，当初計画していた実験の一部ならびに成果の公表を次年度に実施せざるを得ない状況になり，それに要する使用額を次年度に繰り越すこととした。
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