| 研究課題/領域番号 |
20H03070
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
藤田 雅紀 北海道大学, 水産科学研究院, 准教授 (30505251)
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| 研究分担者 |
木村 信忠 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究グループ付 (30344162)
二階堂 雅人 東京工業大学, 生命理工学院, 准教授 (70432010)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| キーワード | 殺藻細菌 / アオコ / メタゲノム / 殺藻物質 / メタボロミクス / 赤潮 / 植物プランクトン |
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| 研究実績の概要 |
① 同定した殺藻細菌および殺藻物質の実環境での機能解析 Pseudomonas属殺藻細菌をモデルとし、アオコ原因藻類との共培養により産生誘導される殺藻物質を同定するためのメタボロミクス解析方法を確立した。解析の結果、共培養下で特異的に産生される化合物を見出し、赤潮原因藻類に対する殺藻物質として報告のあるpseudopyronine Aであり、またアオコ原因藻類である藍藻Microcystis aeruginosaに対しても顕著な活性を示した。以上の結果から、確立したメタボロミクス法は共培養で機能する殺藻物質を見出す手法として有望と考えられた。
② 赤潮・アオコ発生促進に関与する微生物の存在解析 Pseudomonas属殺藻細菌の機能解析の過程において緑藻および浮草などの光合成生物に対して増殖促進活性を示す植物ホルモン様化合物を見いだした。また、Pseudomonas属殺藻細菌の産物であるpyoluteorinを環境試水に作用したところ、緑藻Chlamydomonasが顕著に増加した。
③ 未分離未培養の殺藻細菌の検出とそれが生産する殺藻物質の同定 メタゲノム解析から水草バイオフィルムがPseudomonas属、Acidovorax属、Stenotrophomonas属、Rhizobium属などの培養可能な殺藻細菌の供給源である事が示された。また、殺藻細菌の割合はいずれも1－3％程度の存在率で十分な活性を示す事、未培養の殺藻細菌候補も存在する事が示唆された。
④ 分離殺藻細菌からの殺藻物質および生合成遺伝子の同定 環境試料から新たにRhizobium属、Stenotrophomonas属、Hydrogenophaga属を主とする殺藻細菌を得て、その培養液に殺藻活性を検出している。そのうちの一つであるRhizobium属細菌の培養液から、殺藻活性を示す炭化水素の結晶を得た。
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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
① 同定した殺藻細菌および殺藻物質の実環境での機能解析 メタボロミクスを用いた共培養下で特異的に産生される分子の探索で赤潮殺藻物質として報告されているpseudopyronine Aを見出し、アオコ原因藻類であるM. aeruginosaに対しても赤潮藻類以上に高い殺藻活性を示した。本結果は細菌の単独培養で産生される殺藻物質が本当に殺藻現象に関与するのかという、長年の疑問に対する一つの回答であり、殺藻細菌研究の新たな展開を可能にする手法であると言える。
② 赤潮・アオコ発生促進に関与する微生物の存在解析 Pseudomonas属殺藻細菌から見いだされた植物ホルモン様物質は、一次生産者である微細藻類と従属栄養生物である殺藻細菌の関係を考える上で重要な知見となりうる。また、Pseudomonas属殺藻細菌やその殺藻物質であるpyoluteorinを環境試水に作用させたところ、ある種の緑藻が顕著に増加したことからも、実際の環境中で起きている可能性が示された。
③ 未分離未培養の殺藻細菌の検出とそれが生産する殺藻物質の同定 未分離殺藻細菌を検出するために、殺藻前後における細菌叢のメタゲノム解析を行った。水草および実施時期を幅広くとったために、ばらつきの大きいデータとなったが、統計解析の結果いずれの試料も一定の方向に微生物叢が変化していた。変化に寄与する細菌として、属種不明の細菌も含まれており、未分離殺藻細菌の存在を示唆するものであった。
④ 分離殺藻細菌からの殺藻物質および生合成遺伝子の同定 水草バイオフィルムからこれまで殺藻細菌として報告の無い複数の細菌を見出した。その一つであるRhizobium属細菌からは、結晶化する炭化水素を活性物質として得ている。予備的な解析からは、これまでに類似の化合物が一切報告されていない、極めて新規性の高い化合物である事が示唆されている。
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| 今後の研究の推進方策 |
① 同定した殺藻細菌および殺藻物質の実環境での機能解析 前年度確立したメタボロミクスを用いる殺藻物質の探索法をPseudomonas属以外の殺藻細菌にも適用し、さらなる殺藻メカニズムの解明を試みる。また、メタボロミクスの上流にあたる生合成関連遺伝子のトランスクリプトミクスによる解析方法の確立を行い、メタボロミクスと合わせて信頼性の高い情報とする。合わせて、野生微細藻類に対する影響を見るために環境試水中の微細藻類を用いたアッセイ系を実施する。さらに、関係自治体と実環境での殺藻細菌によるアオコ抑制実験を実施のための準備を行う。
② 赤潮・アオコ発生促進に関与する微生物の存在解析 前年度の検討において見出したPseudomonas属殺藻細菌の植物ホルモン様物質について、微細藻類および水草の生育への影響を明らかにする。合わせてホルモン様物質の産生機構について検討を行い、殺藻細菌の二面性について理解を深める。
③ 未分離未培養の殺藻細菌の検出とそれが生産する殺藻物質の同定 昨年度の検討では３種の水草を用い、３か月間合計６条件の資料について、殺藻前後の微生物叢の変化を解析した。その中で、培養可能細菌を含む複数の細菌が殺藻後グループで顕著に増加した。ただし、各条件１回の試行であり、再現性は不明である。そこで、本年度は水草を２種、時期を１回に絞り、各条件の検体数を増やす事で、本知見の再現性および確度を明らかにするとともに、有望細菌の全ゲノム解析を行う。
④ 分離殺藻細菌からの殺藻物質および生合成遺伝子の同定 水草バイオフィルムから新たに得られたRhizobium属、Stenotrophomonas属、Hydrogenophaga属などの殺藻細菌から活性本体の同定を行う。また生合成遺伝子のノックアウト実験を実施し、その化合物の殺藻現象における機能性を明らかにする。
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