精密培養・飼育班

精密培養•飼育班　成果報告

研究分担者：筑波大学　白岩善博教授

1.　研究目的と方法 　
将来的に円石藻が生息域を北に拡大し、北極海の物質生産に影響を与えるかどうかの予測に役立てることを目的とし、北極海の海氷減少に伴う環境変化（特に海水温上昇と塩濃度の低下）が円石藻Emiliania huxleyiの増殖速度（培養実験による成長解析）および光合成能（特に光化学系特性の蛍光分析法による解析）、さらに円石（ココリス）形態（電子顕微鏡SEMによる形態観察）に与える影響の解析を行った。
研究成果の解析結果から、北極海の海氷減少による植物プランクトン群衆の変動予測とそれに伴う漁業資源の未来予測と海洋生態系の変動予測のための基礎データを提供する。


2.　研究経過
（1）培養株の確立：
研究初年度（2010(H21)年度）の「みらいMR10-05航海」で北極海～ベーリング海において採取した5地点のサンプルからE. huxleyiをそれぞれ単離し、5株を単藻単離培養株として確立した（世界初の北極海産円石藻培養株の確立）。

（2）北極海産円石藻培養株の生理特性解析:
　１）低温耐性：E. huxleyi北極海産培養株の増殖の至適温度は、熱帯～寒帯海域の株と同じ（17-20℃）であった。しかし、4℃で増殖可能な株は北極海産培養株のみであった。すなわち、北極海産培養株は低温耐性を有することを発見した。
加えて、低温域（高緯度海域）株は光合成の初期過程である光化学系において、低温での熱放散の亢進機能に優れていることを見出した。その過剰エネルギーの熱放散の分子メカニズムについて、部位特異的な阻害剤を用いた解析を行った結果、葉緑体局在型プラストキノール終末酸化酵素（PTOX）が光合成の低温順化・適応に重要な役割を担っていることを示唆する結果を得た（微細藻類における新奇な低温順化・適応メカニズムの発見と北極海産円石藻類がなぜ低温の海でも成長できるかのメカニズムの解明）。

２）低塩濃度への応答：主要栄養素、鉄およびマンガンの濃度が一定の条件では、北極海産円石藻培養株は塩濃度34‰で比増殖速度が最大となり、26‰で約30 %の増殖阻害がみられた。以上の増殖特性を総合し、海氷融解による海水温の上昇と塩濃度の低下と増殖の予測に使用可能である（北極海氷が融解した場合の円石藻の増殖変動の予測データの提供を可能にした）。

(3) 温度変化と円石形態：
培養温度の低下は細胞サイズと円石長径の増大をもたらすことを見出した。また、円石中心部の形態は培養温度が高くなり円石が小さくなるほど完全に石灰化した。以上の相関関係を統計的に証明できたことから、円石形態（サイズ）の変化から生育時の温度の復元が可能となることを見出した（北極海域の温度変化と円石藻形態の相関解析を可能にする基礎データの取得）。チャクチ海（北緯70度）で単離された後確立された世界初の円石藻Emiliania huxleyi培養株（MR70株）のSEM像：温度変化と塩濃度変化が円石藻細胞とココリスの形態に与える変化の解析。


3.　 今後の展望
塩濃度の実験の精度を上げて精査する必要がある。高緯度海域の鉄欠乏に対する円石藻の増殖応答の解析が必須である。また、栄養塩の獲得は種間競争と合わせて検討する必要があるため、ケイ藻の増殖との比較解析が必須である。PTOXのウェスタンブロット検出方法の最適化と、PTOXの活性の定量的に評価法としてECS(電位依存性カロテノイドバンドシフト)を用いる検討が必須である。以上のパラメーターを、NEMUROによる漁業資源生産量の予測に用いることのできるレベルにまで高める必要がある。


4.　業績
国際学会
○Manami Satoh, Fumihiro Itoh, Naomi Harada, Iwane Suzuki, Yoshihiro Shiraiwa:  Analysis of the Effects of Low Temperature on the Photosystems in the Coccolithophore, Emiliania huxleyi. The 9th Asia-Pacific Marine Biotechnology Conference, July 13, 2012, Kochi, Japan (Oral)

○Fumihiro Itoh, Manami Satoh, Naomi Harada, Iwane Suzuki, Yoshihiro Shiraiwa: Analysis of Mechanism for Increase in the Activity of Non-Photochemical Quenching under Low Temperature Conditions in the Coccolithophore Emiliania huxleyi.  The 9th Asia-Pacific Marine Biotechnology Conference, July 13, 2012, Kochi, Japan (Oral)

Shin-ya Fukuda, Yurina Suzuki, ○Yoshihiro Shiraiwa: Influence of Ocean Acidification on Coccolithophorids.  9th Asia-Pacific Marine Biotechnology Conference, July 13, 2012, Kochi,  Japan (Keynote Speech)

Manami Satoh, Fumihiro Itoh, Kazuko Saruwatari, Naomi Harada, Iwane Suzuki and ○Yoshihiro Shiraiwa: Mechanism how the Arctic and Sub-Arctic Coccolithophorids Adapt to Temperature Change. ESSAS Annual Science Meeting, January 9, 2013, Hakodate, Japan (Oral)

○Manami Satoh, Fumihiro Itoh, Kazuko Saruwatari, Naomi Harada, Iwane Suzuki, Yoshihiro Shiraiwa: Isolation of New Strains of Coccolithophore, Emiliania huxleyi from Arctic Sea and Their Characterization. Third International Symposium on the Arctic Research, January 2013, Tokyo (Oral)

○Kazuko Saruwatari, Manami Satoh, Naomi Harada, Iwane Suzuki, Yoshihiro Shiraiwa.: Physiological and Morphometrical Responses of Subarctic Coccolithophore, Emiliania huxleyi, to Temperature. Third International Symposium on the Arctic Research, January 2013, Tokyo (Poster)

○Fumihiro Itoh, Manami Satoh, Naomi Harada, Iwane Suzuki, Yoshihiro Shiraiwa: Analysis of the characteristics in Photosystems in the Coccolithophore, Emiliania huxleyi in Arctic sea. Third International Symposium on the Arctic Research, January 2013, Tokyo (Poster)

国内学会
○佐藤真奈美, 伊藤史紘, 猿渡和子, 原田尚美, 鈴木石根, 白岩善博: 北極海から単離した円石藻株の生理特性解析.  2013年度日本海洋学会春季大会, 2013年3月, 東京（シンポジウム口頭発表）

○猿渡和子, 佐藤真奈美, 原田尚美, 鈴木石根, 白岩善博:　亜北極・北極海Emiliania huxleyi株を用いた温度変化培養実験に伴う円石の形態学的研究とその温度指標への応用.　日本海洋学会春季大会,　2013年3月,　東京（口頭発表）

○伊藤史紘, 佐藤真奈美, 原田尚美, 鈴木石根, 白岩善博:　円石藻Emiliania huxleyiの北極単離株はなぜ低温でも増殖できるのか？　日本海洋学会春季大会,　2013年3月,　東京　（ポスター）

研究会
○猿渡和子, 佐藤真奈美, 原田尚美, 鈴木石根, 白岩善博: 温度に対する円石形態とサイズ応答 -亜北極～北極海域の円石藻Emiliania huxleyi株の場合.　第7回バイオミネラリゼーションワークショップ,　2012年12月, 東京（ポスター）

○福田真也, 鈴木石根, 白岩善博：植物プランクトンと海洋酸性化の相互作用解析システム.　 ブルーアース2013,　2013年3月, 東京（口頭発表）

○佐藤真奈美, 志村遥平, 新家弘也, 古田島知則, 伊藤史紘, 井原希, 川口美咲, 西本謙太郎,渡邉祐太, 原田尚美, 岩本浩二, 鈴木石根, 白岩善博：　培養温度と円石藻Emiliania huxleyiのバイオマスの相関性.　 ブルーアース2013,　2013年3月, 東京 (ポスター）

○伊藤史紘, 佐藤真奈美, 原田尚美, 鈴木石根, 白岩善博: 北極海における円石藻の単離株の光合成生理特性と低温適応機構の解析. ブルーアース2013, 2013年3月, 東京 (ポスター）「若手奨励賞受賞」