研究課題
地球表層環境に広く棲息する好気性従属栄養環境細菌群は極貧有機炭素源環境下でも生育する機構を有していると様々な状況証拠から推定されるが、明確な科学的記述が困難であり、未開拓な研究分野である。申請者は、環境汚染物質分解能を有する典型的な好気性従属栄養環境細菌Sphingobium japonicum UT26株の研究過程で、炭素源非添加無機培地で大気中CO2を生体成分として固定して生育可能な突然変異株を取得した。本研究の目的は、十分な科学的再現性の元に分子機構の解明が可能な本系を利用して、新規なCO2固定系が関与すると推定される本細菌株が有する極貧有機炭素源環境下での生育機構の全貌を解明し、さらに、本機構の好気性従属栄養細菌群における普遍性を明らかにし、細菌の極貧栄養条件下での培養という広範な応用への可能性を検討することである。本研究では、「UT26株でadhX遺伝子が高発現すると炭素源非添加無機培地で生育可能となる現象」に着目して研究を実施し、adhX遺伝子高発現株でも大気中の標識CO2の取り込みが観察されることを明らかにすると共に、adhX高発現株のトランスポゾン変異株ライブラリーから取得した当該表現型に変異を持つ株の解析を進めた。これら変異株のトランスポゾン挿入部位を同定し、さらに、候補遺伝子の再破壊と相補実験を実施した結果、ピルビン酸/リン酸ジカイネース、アセチルCoAシンテターゼ、イソクエン酸リアーゼをコードすると推定される遺伝子が本表現型に必須であると結論した。これら遺伝子産物の推定機能とUT26株の全ゲノム配列情報から、PPCによるCO2固定を伴うグリオキシル酸回路が超低栄養条件下での同化過程として機能している可能性が高いという重要な知見を得た。
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