| 研究課題/領域番号 |
25660160
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| 研究種目 |
挑戦的萌芽研究
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
三上 浩司 北海道大学, 水産科学研究科(研究院), 准教授 (40222319)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 環境ストレス耐性 / 低塩類濃度ストレス / 細胞収縮 / 葉緑体 / 遺伝子発現 / トランスクリプトーム解析 / ウシケノリ |
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| 研究概要 |
本研究の契機となった予備実験データは、海産紅藻ウシケノリが淡水中でも生存可能であり、その場合低浸透圧環境において細胞収縮が行われていることを示唆していた。平成25年度では、ウシケノリを淡水中で培養し、細胞形態の変化、遊離アミノ酸含有量の変化（連携研究者・横山担当）、イオン放出解析、およびナトリウム・ポンプの機能解析（連携研究者・加藤担当）を行った。いずれの項目についても以下のように成果が上がっているが、電子顕微鏡を用いた形態変化の観察のみが実行できなかった。
淡水処理したウシケノリ細胞は、上記の知見と同じように、縦方向につぶれるように収縮していた。従ってウシケノリの浸透圧変化への応答は予想通り特殊なものであることが確認された。このような形態変化は淡水処理後2週間位で顕著になるが、海水に戻した場合、4日前後で元の形態が復活していた。よって、細胞形態の変化は可逆的である。また、細胞収縮に伴って細胞外へのイオン流出と遊離アミノ酸量の低下が見られ、細胞内部の低張化が行われていると考えられた。注目される知見として、葉緑体の形態変化があげられる。共焦点レーザー顕微鏡により葉緑体の自家蛍光を観察したところ、海水中では大きな中心部から細長い足のようなものが多数出ているが、淡水処理によりその形態が多数のヒダが重なったようにダイナミックに変化していた。シロイヌナズナを用いたスサビノリのナトリウム・ポンプの機能解析については、形質転換用プラスミドを作成し数ラインの形質転換体を得ている段階である。
加えて平成26年度以降の計画であったトランスクリプトーム解析を行うことができた。海水培養および淡水処理2週間のウシケノリの比較を行った。解析はBGI Japan社への委託で行い、データはすでに入手できている。現在その分析を進めているが、両処理条件で発現している遺伝子がかなり異なってことは確かである。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
まず予備データの再確認を行ったところ、ウシケノリが一般的な浸透圧調節機構では解釈できない新規の応答機構を保持していることを明確にした。また、その過程で葉緑体の環境ストレス依存的な形態変化を起こすことを見出した。これまで植物細胞内で葉緑体の形態が環境に応じて変化することは報告がなく、新規の知見となる。さらに、ウシケノリは1つの細胞に１つの葉緑体を持つが、その形態についてはほとんど知られていなかった。本研究で三次元的にその形態の変化を含めて構造をとらえることができたことは、今後の葉緑体研究に大きなインパクトを持つ。このように、ウシケノリが常識では解釈不能な未知の生存戦略システムを保持していることが明らかとなり、この段階で本研究の目的の半分は達成された。
本年度では、上記に加えて次年度以降予定していたトランスクリプトーム解析を行うことができた。得られた膨大なデータの解釈はこれからであるが、低塩類濃度依存的に発現が促進されたり抑制されたりする遺伝子の存在が明らかとなっており、今後の詳細な解析が本研究の最終目的である低塩類濃度耐性遺伝子の特定に大きく影響する。次年度からはこの点を踏まえて研究を進めていきたい。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、まず今年度確認された細胞および葉緑体の形態変化について、そのストレス依存性の詳細、すなわち塩類濃度依存性や応答の速度などについて解析する。また、細胞の収縮時に膜タンパク質の活性時維持に関わることが予想される膜脂質脂肪酸組成の分析（連携研究者・板橋担当）やスサビノリのナトリウム・ポンプの機能解析を行う。さらに、今回のトランスクリプトーム解析のデータ分析を行うことで低塩類濃度耐性遺伝子の特定を行う。可能であれば低塩類濃度依存的な発現をする遺伝子をクローン化し、その発現制御機構の解析も行いたい。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
費用がかさむトランスクリプトーム解析に備えて使用を抑制していたが、見積もりよりも安く済んだので、その分次年度へ持ち越しとなった。
予定通りトランスクリプトーム解析の委託料の一部として使用する。
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