湖沼で神経毒を生産するラン藻類のモニタリングと制御に向けたゲノム基盤研究

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K05785
• Research Institution: Ibaraki Kasumigaura Environmental Science Center
• Principal Investigator: 程木 義邦 茨城県霞ケ浦環境科学センター(湖沼環境研究室、大気・化学物質研究室), 湖沼環境研究室, 技師 (60632122)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 朴 虎東 信州大学, 学術研究院理学系, 教授 (20262686)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: シアノバクテリア / シアノトキシン / 神経毒 / モニタリング / 比較ゲノム

Outline of Annual Research Achievements

湖沼でアオコを形成するシアノバクテリアの多くの種がシアノトキシンと呼ばれる肝臓毒や神経毒を生産する株を含む。日本には神経毒を生産するシアノバクテリアCuspidothrix issatschenkoiが広く分布している。しかし、本種については、世界的にも研究事例が少ない。本年度は、一昨年度にゲノム完全長を決定した日本の湖沼から単離したCuspidothrix issatschenkoi　RM-6に加え、琵琶湖、霞ヶ浦（西浦・北浦）など主要な湖沼から本種を単離している培養株から有毒株・無毒株を選抜しゲノム決定を試みた。また、ヨーロッパの湖沼から単離された本種2株について不完全帳ゲノムの情報が報告されている。これらの株の情報も含め、有毒株vs無毒株、日本株vsヨーロッパ株の機能遺伝子群の比較により、それぞれの株の環境特性を評価するとともに、本種にとっての窒素固定能やシアノトキシン生産能保有の適応的意義を議論した。その結果、RM-6株のゲノムから、47個のtRNA遺伝子および5セットのrRNA遺伝子を含む4,328個のコード配列（CDS）が確認された。ゲノムのG + C含量は37.7％でCRISPRの座位は12個検出された。また、二次代謝産物生合成遺伝子として、ホモアナトキシン-aのほかランチジン、シアノバクチン合成遺伝子が検出された。しかし、チェコ共和国で分離された株から報告されたカスペリン遺伝子は検出されなかった。また、RM-6のゲノムから多くのトランスポゾンに関する遺伝子が検出された。本種は、シアノトキシンの生産能だけでなく、ネンジュモ目の中では唯一、単一種内で窒素固定能を有する系統と欠損した系統がみられる。この様な遺伝的特性が本種の系統や生態型の多様性に関係していることが考えられた。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

本年度は遺伝子解析に用いる消耗品の入手が困難だったことに加え、定期的なサンプリングが行えなかったため、最終年度に計画していた富栄養湖のモニタリングの実施が出来なかった。そのため、現在までにゲノムが決定されている株の比較研究しか行えなかった。

Strategy for Future Research Activity

研究を実施する機関と地域が変わったこともあり、近隣の貯水池を調査対象とすることが可能と。そのため、本年度に行えなかったモニタリングを行い、当初の計画通りの研究を実施する。

Causes of Carryover

本年度はコロナウイルス禍のテレワークとともに、私自身が入院していた時期もあり、最終年度に計画していた定期モニタリンが十分に実施できなかった。また、遺伝子解析の消耗品も入手が困難だったこともあり、ゲノム解析なども計画通りに進めることが出来なかった。

Research Products

• [Presentation] 日本の湖沼にから単離された神経毒生産シアノバクテリアのゲノム特性 (2020)
  • Author(s): 程木義邦・岡崎友輔・ 朴虎東
  • Organizer: 日本水環境学会