瀬戸内海における窒素固定ラン藻の生態学的役割と窒素動態への寄与の解明

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単細胞性窒素固定ラン藻は、大気中のガス態窒素を細胞内で固定するため、海洋環境において窒素供給源として重要な微生物である。窒素固定は、窒素をアンモニアへと還元するニトロゲナーゼ (nifDK) とその反応に必要な還元力を供給するニトロゲナーゼ還元酵素 (nifH) が担う。海洋の単細胞性窒素固定ラン藻は、nifH遺伝子配列に基づきUCYN (unicellular diazotrophic cyanobacteria) -A、BおよびCの3つのグループに分かれる。これらに関する研究は貧栄養な外洋域を中心に行われ、とりわけ広域に分布するUCYN-AとBの生理・生態学的研究は精力的に行われてきた。その一方で、陸域から栄養塩を供給される沿岸海域では、本ラン藻の重要性は相対的に小さいとの考えから今まで看過されその知見は乏しい。そこで本年度の研究では、瀬戸内海から得られたUCYN-Cに属するGS-1とYR-1の特徴を明らかにするため、ゲノム解読によりその系統解析と代謝経路の推定を行った。5つのハウスキーピング遺伝子 (Adk, RpoB, GyrB, RecA, SecY) に基づくML系統樹およびゲノム全体の相同性を示すGenomic Similarity Score (GSS) に基づくデンドログラムを作成した結果、16S rRNA遺伝子に基づいた系統樹と同じくUCYN-Cは大きく3つの系統に分岐し、GS-1とYR-1は他のUCYN-Cとは系統的に離れた新規UCYN-C系統群を形成した。また、GS-1とYR-1は光合成や窒素固定、中央代謝経路など、重要な代謝経路は他のUCYN-Cと共有していた一方で、スクロース代謝に関わるSuS遺伝子やTreY/TreZ経路によるトレハロース合成経路を有しており、浸透圧を含めた多様なストレスにより強い系統だと考えられた。