学術助成報告

令和 3 年度伊藤光昌氏記念学術助成金（研究助成）成果報告書
研究課題番号

R3‒R4

研究課題名

海洋植物プランクトンの共生的相互作用がもたらす生態化学量論の改変とその機構

研究代表者
所属・職
（または学年）

遠藤寿

京都大学化学研究所・助教

1．背景と目的物プランクトン種が共存する海洋環境において，植物プランクトンは海水中の無機炭素（主に二それらの種間相互作用が生態化学量論に及ぼす影酸化炭素），栄養塩，および微量元素を利用して響に関しては明らかとなっていない．本研究は，光合成を行い，海洋生態系を支えている．消費さ実験室で植物プランクトンを共培養し，各群集のれた分の二酸化炭素は大気から海水中に溶け込む

栄養塩利用効率および要求資源量の変化を定量化ため，海洋の基礎生産は気候変動の緩和にも深くすることを目的とした．

関与している．一方で，海水中の栄養塩（硝酸や2．試料と分析方法亜硝酸，リン酸等）は比較的短期間で枯渇し，多くの海域において植物プランクトン増殖の主な律本研究の分析には，過去の植物プランクトン培速要因となっている．したがって，取り込まれた養実験で採取した栄養塩，粒子状元素，溶存態無栄養塩量に対する炭素固定量は，海洋における基機炭素（DOC），および RNA の各試料を用いた．

礎生産の潜在能力や効率を推定する上で重要な指本培養実験では，高知県浦ノ内湾から採取した 3標となる．

種の植物プランクトン（海洋プランクトン群集を構成する生元素の組成）（生態化学量論）概ね一貫した比率に維持されてをそれぞれ f/2 培地で単培養および共培養し，3おり，これはレッドフィールド比（C:N:P のモル日ごとに試料採集を行った（未発表データを含む比が 106:16:1）として知られる．一方で，個体群ため詳細は割愛する）．

レベルにおける元素組成あるいは取り込み比率は，粒子状元素の試料は，450℃で 4 時間処理した種や栄養状態の違いによって変化することが示さ

GF/F フィルターに捕集し，濃塩酸に晒して無機れている（Montagnes et al., 1994; Arrigo et al.,

炭素を除去した後，デシケーターで 24 時間乾燥2002）．すなわち，生態化学量論はプランクトンさせた．その後，京都大学薬学研究科元素分析セの群集組成や環境条件などの複雑な相互作用で決ンターの協力の下，元素分析装置（CHN コーダー定されると言える．近年，海洋微生物群集を対象MT-6，ヤナコ）により粒状有機炭素（POC）おとしたメタゲノム解析の成果から，植物プランクよび粒状窒素（PN）の分析を行った．DOC 試料

トン同士あるいは細菌を介したの共生的相互作用

は，海水を GF/F フィルターで濾過した後バイ（互いの生存を補助し合う相互作用）の存在が予アル瓶に採取し，全有機体炭素計（TOC-L CSH,測されており（Lima-Mendez et al., 2015），彼ら島津製作所）による分析を株式会社海洋生物研究が異なる種間で代謝産物を交換し，増殖効率を向所に依頼した．主要栄養塩は海水試料をスピッツ上させているという機構的な仮説も提示されてい管に保存し，片岡剛文博士（福井県立大学）の協る（Ellis et al., 2017）．しかしながら，多様な植力の下，のオートアナライザー（QuAAtro 39,62

海洋化学研究第35巻第 1 号

令和 4 年 4 月䜛䚹䛥䜙䛻䚸᳜≀䝥䝷䞁䜽䝖䞁ඹᇵ㣴༊䛷䛿䚸༢ᇵ㣴䛻ẚ䜉ᇵᆅ୰䛾 D䛧䚸ከ✀ඹ⏕䛜 DOC ⏕⏘䛻䜒㛵୚䛧䛶䛔䜛䛣䛸䛜♧၀䛥䜜䛯䚹௒ᚋ䛿ᯒ䜢㐍䜑䚸Ⅳ⣲ᅛᐃຠ⋡䛾ኚ໬䛻㛵୚䛧䛯⏕⌮ᶵᵓ䜢㑇ఏᏊ㌿෗άSeal Analytical 社）により分析を行った．
RNA 試料の採取は孔径 2.0 ȝm のメンブレン
フィルターに細胞を捕集し，AllPrep DNA/RNAMiniKit（Qiagen）により全量 RNA の抽出を行った後，株式会社 Rhelixa に RNA-seq トランスク
リプトーム分析を依頼した．同社の作業では，NEBNext Poly（A）mRNA Magnetic Isolation
Module および NEBNext Ultra II Directional RNA
Library Prep Kit（共に NEW ENGLAND BioLabs）

図 1.
1．ྛᐇ㦂༊䛻䛚䛡䜛༢఩◪㓟ሷ䛒䛯䜚䛾Ⅳ⣲ᅛᐃ㔞䛾䝰䝹ẚ䚹(各実験区における単位硝酸塩あたりの炭素固定ᅗを用いてストランド特異的な mRNA のライブラ

WHQXLVVLPXV 䜢⏝䛔䛯ᐇ㦂༊䛾ẚ㍑䚹
を用いた実験区の比較．

量のモル比．（A）藻類単培養実験区，（B）

リ を 作 成 し， 次 世 代 シ ー ケ ン サ Novaseq 6000（Illumina）を用いて配列を取得している．

ཧ⪃ᩥ⊩
塩利用効率を向上させているという仮説を支持しMontagnes
DJ, Berges JA, Harrison PJ, Taylor FJRL. (1994) /LPQRO2ている．さらに，植物プランクトン共培養区では，3．結果と考察

Arrigo KR, Dunbar RB, Lizotte MP, Robinson DH. (2002) *HRSK\V5
単培養に比べ培地中の DOC 濃度が有意に高い値
Lima-Mendez G, Faust K, Henry N, Decelle J, Colin S, et al. (2015) 6Fを示し，多種共生が DOC 生産にも関与している

本研究では，植物プランクトンの炭素固定効率の指標として，培養開始時から終了時（15 日目）ことが示唆された．今後は，藻類のトランスクリまでに消費された硝酸塩あたりの炭素固定量のモプトーム解析を進め，炭素固定効率の変化に関与

ル比（⊿ POC/ ⊿ NO3 ）を用いた．炭素固定効した生理機構を遺伝子転写活性の観点から明らか

率は実験に用いた種間で 4.2‒12.9 の間で変動を示にする．

2‑した．特に増殖が活発であった株は単培養において炭素固定効率が 4.2±0.1（平均参考文献値±標準偏差）と低い値を示したが，Montagnes DJ, Berges JA, Harrison PJ, Taylor

および各種の存在下で値がそれぞれFJRL. (1994)

6.0±0.7 および 5.1±0.1 に増加した（図 1）．これ

Arrigo KR, Dunbar RB, Lizotte MP, Robinson

ら の 実 験 区 で は， 培 養 終 了 時 に お い てDH. (2002)の細胞数が全植物プランクトンの., 29, 44‒1.

Lima-Mendez G, Faust K, Henry N, Decelle J,99％以上を占めており，実測された炭素固定効率

Colin S, et al. (2015)の変化が，異なる固定比率を持つ藻類の単純な混, 348, 1262073.

Ellis KA, Cohen NR, Moreno C, Marchetti A.

合に起因するものでは無いことを示している．す(2017)

なわち本結果は，植物プランクトンの共生が栄養Transactions of The Research Institute ofOceanochemistry Vol. 35 No. 1, Apr., 2022., 39, 1044‒1060.

63, 168, 32‒47.