BioResource Now ! Vol.9 No.2

BioResource Now !
Issue Number 9 February2013

国内外のバイオリソースを巡る様々な問題や取り組みについて、毎月ホットな話題をこのニュースレターで紹介していきます。
リソースセンター紹介
No.43
今月のデータベース

河地正伸 （独立行政法人国立環境研究所 生物・生態系環境研究センター ）多様な藻類リソースの収集・保存と今後の取り組み「大腸菌のリソースデータベース

NBRP E.coli Strain」

P1 - 2

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P2

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リソースセンター紹介〈NO. 43〉

多様な藻類リソースの収集・保存と今後の取り組み

近年の分子系統学的研究から、藻類は系統的に大きく異なるグループで構成されることが分かってきました。現在、真核生物は少なくとも 9 つのグループからなることが分かっています（図１）。

震災から学んだこと
2011 年 3 月 11 日に発生した東日本大震災は、国立環境研究所の藻類保存施設にも大きな影響を与えました。電気、水、ガスのライフラインが長期間停止して、植え継ぎ等の作業が困難な状況となりました。培養に必要な照明も温度も制御できません。いつ復旧されるのか解らない不安の中で、昼間は保存株を日の当たる場所に移動するなどの切迫した対応が必

N624

N674
N330

リザニア
クロララクニオン

藻義）

（狭緑色

植物

紅藻

アルベオラータ

藻

ス

毛トラ

鞭渦

メノパ

イル

（陸上植物）

不等毛

灰色藻

植物

ア

クリプト藻

アメーボ
ゾ

中核機関である国立環境研究所では、微細藻類と絶滅危惧藻類、そして藻類と系統的に近いプロティストといったリソースの収集・保存・提供を行っています。分担機関の神戸大学は大型海藻の収集・保存・提供を担当、筑波大学は新規で利用価値の高い藻類リソースの収集と分類情報などの付加情報の整備を担当、そして北海道大学は重要株のバックアップを担当しています。

N1035

N211

N547

植物

NBRP 藻類の体制

真核生物全体に跨がる藻類の多様性が、研究リソースとしての藻類の魅力の１つとなっています。

葉緑体の進化、成立機構解明のためのリソース

系統的多様性から見る藻類の特色

ラ藻

藻類は、「酸素発生型の光合成」という特性でくくられた生物です。コケ、シダ、種子植物のいわゆる陸上植物を除いた
残 り の 全 て の「酸 素 発 生 型 の 光 合 成」を行う生物が、藻類というカテゴリーの中に含められています。藻類からは区別されている陸上植物ですら、その起源を辿ると車軸藻（NBRP 藻類では81 種 257 株を保存）という藻類から進化したことが分かっています。藻類は、湖沼や沿岸、海洋といった普通の水環
境 だ け で な く、温 泉、雪 氷、高 塩、乾燥地帯などの様々な特殊環境にも生息しています。サンゴや地衣類で知られる共生関係を営む藻類も数多く知られています。原核生物や真核生物、単細胞性から、海藻のように多細胞で複雑な体制、生活史をもつものまで、多種多様な生物が含まれています。NBRP 藻類では、こうした多様な藻類リソースを収集・保存・提供しています。

（独）生物・生態系環境研究センター
生物資源保存研究推進室室長

要でした。一方、凍結保存株を入れた液体窒素保存槽は、長期の停電でも槽内温度を安全圏内で保持して、震災の影響を免れることができました。阪神・淡路大震災を教訓に、2008 年から神戸大学と国立環境研究所の間で凍結保存株を相互に保管する取り組みが始められていたのも大きな安心材料となりました。二度にわたる震災は、貴重なリソースを守るための危険分散の取り組みの重要性を訴える教訓となりました。

クロメ

多様な藻類

河地正伸

ハプト藻

ユーグレ

オピストコンタ
N1442

N345

ナ藻

エクスカベート

N837

N286

図 1：真核生物の系統関係 。Baldauf (2003) をもとに改変。色の付いた枝は藻類と陸上植物。写真の数値は NIES 株番号。

その多くは顕微鏡的な微生物です。これらのグループのうち、アメーボゾアとオピストコンタを除く全てのグループで、藻類の存在が認められています。
この模式的な系統樹の中で、色の付いた藻類の枝が散在しているのは、各グループで独立して葉緑体が獲得されたことによると考えられています。光合成を行う点で共通の特徴をもつ藻類は、実は進化・系統的に大きく異なるのです。こうした違いは、細胞構造や生理、生化、その他の様々な生物学的特性の違いとして現れることになります。

図 2：クリプト藻（A, 写真提供：佐藤真由美氏）、クロララクニオン藻（Ｂ, NIES-624）、Paulinella
chromatophora（Ｃ）
Hatena arenicola（Ｄ 写真提供：、山口晴代氏）、Nephroselmis（Ｅ, NIES-483）。

藻類には、各々のグループに特徴的な葉緑体が確認されています。クリプト藻（NBRP 藻類では 21 種 46 株を保存）（図2Ａ）とクロララクニオン藻（NBRP 藻類では 5 種 6 株を保存）（図 2Ｂ）という系統的に大きく異なる藻類の葉緑体
では、葉緑体の元となった真核生物の核の名残り（ヌクレオモルフ）が存在します。クリプト藻は紅藻、クロララ
クニオン藻は緑藻由来の葉緑体である
こと、そしてクリプト藻のヌクレオモ
ル フ は、3 染 色 体 で ゲ ノ ム サ イ ズ が0.55Mb、約 600 の遺伝子をコードすることが分かっています。こうしたヌクレオモルフの存在は葉緑体の由来とオルガネラの進化プロセスを直接示す証拠となっています。
またPaulinella chromatophora (NIES-2635)（図 2Ｃ）という藻類では、他の藻類の葉緑体とは起源の異なる葉緑体（区別のためシアネレと呼ばれている）が存在しています。興味深いことにシアネレでは、他の葉緑体では既に核ゲノムに移行した光合成関連遺伝子等が残っています。葉緑体というオルガネラに移行する途中段階にあると考えられています。
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BioResource Now ! Vol.9 No.2

他にもいろいろな藻類やプロティスト
光合成研究や生理・生化学的研究、そしてで細胞内共生や盗葉緑体とも呼ばれる応用利用を目指した開発研究など、様々な興味深い現象が見つかっています。も研究分野で用いられてきた Chlorella vulgaris
う一つだけ例を挙げておきます。ハテ(NIES-2170)（図 3Ａ）や Euglena gracilis(NIES-48)（図 3Ｂ）は、そ の 代 表 的 な 藻
ナ (Hatena arenicola)（図 2Ｄ）と い う類です。後者はユーグレナとも呼ばれ、プロティストは、一見すると緑色の葉緑体をもつ鞭毛性の藻類なのですが、 バイオ燃料や食品等の応用利用を目指した開発研究が近年盛んに行われるように
実は自由生活性のプラシノ藻を細胞内に取り込んで、サイズと形を改変して、 な り ま し た。ま た、Dunaliela tertiolecta(NIES-2258)（図 3Ｃ）は高塩環境に適応あたかも葉緑体のように利用する生物した緑藻の一種で、開放的なプールのようです。このプラシノ藻は Nephroselmis
な培養池でも高塩環境を維持することで、の一種（NBRP 藻類では 5 種 15 株を保存）（図 2Ｅ）であることが分かってきました。
純粋培養に近い状態で大量培養することが可能です。増殖能はそれ程高くないのです
ハテナは取り込んだ Nephroselmis をどのように改変、コントロールしているのが、細胞外に重油相当のオイルを蓄積する
Botryococcus braunii (NIES-836)（図 3Ｅ）
か、ハテナには Nephroselmis のゲノム、の一部がすでに移行しているのか、ハアスタキサンチンという有用物質を生産
テナは葉緑体成立の初期過程を解明すする Haematococcus lacustris (NIES-144)
る上で、興味深い研究対象となってい （図 3Ｆ）なども、近年よく応用研究分野ます。
で使われるようになったリソースです。
藻類や藻類に近縁な無色プロティスト
では、二次的に葉緑体を失った後、再び葉緑体を獲得するような例も見つかっています。葉緑体というオルガネ
ラ の 進 化、成 立 過 程 を 研 究 す る 上 で、藻類は格好の材料なのです。

光合成研究、応用利用のためのリソース
藻類リソースには、増殖能に優れ、高密度に増殖して、実験的な取り扱いの容易な種がいます。

図 3：Chlorella vulgaris (A)、Euglena gracilis (B)、
Dunaliela tertiolecta (C)、イスラエルの Dunaliela
ファーム (D)、Botryococcus braunii (E)、
Haematococcus lacustris (F)NBRP 藻類の今後の取り組み その１
多様性のもたらすジレンマ
藻類のもつ多様性は、リソースとしての魅力となっていますが、リソースを保存する立場からすると、悩みの種となることがあります。国立環境研究所
では公開株 2,339 株のうち、786 株が凍結保存、約 1,553 株が継代培養で維持されています。約 2/3 の継代培養保存株のために、76 種類の培地と 7 種類の培養容器が使われ、様々な温度、光条件が設定されています。植え継ぎ間隔はリソースによっていろいろで、毎週の生育検査や定期的な無菌検査が欠かせません。長年培ってきた独自のノウハウで多様なリソースを継代培養保存していますが、それでも毎年のように死滅してしまうリソースが出るのが現状です。

NBRP 藻類の今後の取り組み その２モデル生物の拡充藻類では、他にもミネラライゼーション※1、性フェロモン、毒生産、様々な細胞運動などの興味深い現象が見つかっています。こうした生物学的現象や機能を究明するためのモデル生物を更に整備する必要があると考えています。NBRP 藻類
では、多様な環境に生息し、光合成や概日リズム、走光性など、光に関係する様々な興味深い生理機能を備えるシアノバクテリアを対象として、NBRP 藻類独自のモデル生物の開発にも取り組んでいます。国立環境研究所にある 95 種706 株に及ぶシアノバクテリアリソースを用いて、遺伝子組換え能を調査することで、分子生物学的研究に有用なリソースの選抜を行っているところです。■

図 4：大腸菌接合により GFP 遺伝子を含むプラスミドを導入したシアノバクテリアの光顕像 (A)、クロロフィル蛍光像 (B)、GFP 蛍光像 (C)。中央のクロロフィル蛍光のない細胞は大腸菌。写真提供：
志村遥平氏継代培養で維持されている株の中には、現在の技術では凍結保存が不可能なもの、今月のデータベース※1：ミネラライゼーション：鉱物化現象。円石藻の炭酸カルシウム（図 5A, NIES-2696）、珪藻等の珪酸質（図 5B, NIES-2363）、ユーグレナ藻の酸化鉄＋酸化マンガン（図 5C, 自然池試料）のような鉱物でできた細胞外構造を作り出す細胞レベルの鉱物化現象が藻類ではABC知られる。

図 5：ミネラライゼーション

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大腸菌のリソースデータベース

NBRP E.coli Strain

DB名：NBRP E.coli Strain
http://www.shigen.nig.ac.jp/ecoli/strain/

系統数：22,725
遺伝子：6,926
文献：276 （2013年2月現在）

生存率が低いながらも何とか凍結保存が可能なものが含まれています。今後はこれまで以上に条件検討に工夫を重ねて、生存率の向上や例え低い生存率でも安定した凍結保存に移行できる検査 法 を 確 立 し た い と 考 え て い ま す。
NBRP のいろいろな保存機関の研究者の方々とも情報交換、技術交流することで、新しい凍結保存技術の開発に取り組みたいと考えています。

言 語：日本語 英語
オリジナルのコンテンツ：
遺伝子変異体、遺伝子クローン
網羅的変異体（遺伝子破壊株、広域欠失株、トランスポゾン挿入株）
ファージ、クローニングベクター
特徴：ゲノムワイドな変異株が各種揃っており、オンラインで注文できる。分譲手続きから配送までの状況をオンラインで追跡できる。
ゲノムDB（PEC)と相互に連携しているため物理地図からも関連株にアクセスできる。
各コレクションの解説が充実している。
DB構築グループ：NBRP大腸菌、NBRP情報
運用機関：国立遺伝学研究所生物遺伝資源センター
DB公開開始年：1999年
DB最終更新年：2013年

現役開発者のコメント：今年で１４年目に入りデータベースとしては安定期ですが、着実にリソースの種類が増え、それに伴いデータベースの利用者も増え続けていることは開発者として嬉しい限りです。我々は先発の大腸菌ゲノムデータベース（PEC)も開発しており、２つのデータベースを機能的に関連づけることによって双方のコンテンツを最大限活用できるようにしています。
リソースデータベースは、一見すると一つのサーバで動作しているように見えますが、分譲依頼から発送までの手続きをオンライン上で行うために複数のサーバと連携しています。Contact usにも沢山の問い合わせが届き、手ごたえが感じられるデータベースです。これからもより良いデータベースを目指しますので、いつでもお気軽にお問い合わせください。

連絡先 〒411-8540 静岡県三島市谷田 1111
国立遺伝学研究所 生物遺伝資源センター
TEL 055-981-6885 ( 山崎 )E-mail：brnews@shigen.info
Editor's Note
今月は、NBRP 第 3 期から藻類リソース機関の代表になられた河地先生に、藻類の生物としての特徴や魅力についてご執筆いただくことができました。多様性は藻類リソースの強味と言われますが、逆に多様な保存条件に対応しなくてはいけない保存機関にとって御苦労が多いこともわかりました。
美しい藻類の画像ギャラリーをご覧になりたい方はwww.shigen.nig.ac.jp/algae/ へ。（Y.Y.)

バイオリソース情報(NBRP) www.nbrp.jp/(SHIGEN) www.shigen.nig.ac.jp/indexja.htm(WGR) www.shigen.nig.ac.jp/wgr/(JGR) www.shigen.nig.ac.jp/wgr/jgr/jgrUrlList.jsp

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