プロジェクト:ハプト藻のユニークな脂質アルケノンに関する研究

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アルケノン古水温計の包括的理解にむけて:
アルケノン組成とその水温応答の化学分類学的特徴の解明

アルケノンは海洋堆積物にしばしば含まれるケトン化合物で、炭素数37-39(C37-C39)という超長鎖の直鎖状アルキル基にトランス型の二重結合を2-4個(2-4不飽和)持つエチルまたはメチルケトンです。このような化合物は、海洋表層に生息する植物プランクトンの Emiliania huxleyi をはじめハプト藻イソクリシス目の種が特異的に生合成します。アルケノンの不飽和度(二重結合の多さ)はハプト藻の生育水温に応じて変化するため、堆積物中に保存されたアルケノンの不飽和度を用いて過去の海洋表層の水温を復元することができます。このような手法は有機分子を用いた古水温計「アルケノン古水温計」として、古海洋学における定番の手法としての地位を確立しています。

海洋の古水温計としてすっかりメジャーになったアルケノン古水温計ですが、その応用のフロンティアは陸水環境にも広がりつつあります。大陸内陸部の湖沼(北米・南米・東アジア)や、グリーンランドや南極のような極域の湖からもアルケノンが見つかっていて、かなり多様な陸水環境にアルケノン生産種が分布していることが分かってきました。日本では、北海道の豊似湖や秋田県の一の目潟の堆積物にはアルケノンが含まれています(つい先日論文が出ました)。陸水環境でも使えるアルケノン古水温計ができれば、大陸内陸部や極域をはじめとして、陸域の古環境復元において有用なツールとなります。

しかし、陸水におけるアルケノン古水温計の応用は単純ではありません。アルケノン組成は湖沼ごとに変化に富み、海洋の水温換算式をそのまま応用するとあり得ない水温が計算されてしまいます。これは、海洋の主要なアルケノン生産者が汎世界種 E. huxleyi を含む遺伝的差異に乏しいグループ(Noelaerhabdaceae科)であるのに対して、陸水には海洋とは科レベルで異なり、アルケノンの組成や不飽和度–水温換算式の大きく異なるグループ(Isochrysis科など)が分布しているためだと考えられます。陸水のアルケノン生産種は長らく不明でしたが、環境ゲノミクスの応用により、多くの湖沼環境でイソクリシス科に属すると考えられる遺伝子配列が見つかっています。さらに、未記載の科レベルの分類群の存在も明らかになり、遺伝的に多様な種が湖ごとに棲み分けているようです。つまり、イソクリシス科の属や種に特有の水温応答パターンを見いだすことができれば、生産種が分かれば水温変動の復元がより高精度に行えるようになります。

私たちはこれまでに、複数のイソクリシス科培養株を用いてアルケノン組成の特徴を記載し、水温換算式を求めてきました。さらに、アルケノンが見つかる湖沼で実際に現場でアルケノンを生産しているハプト藻を単離するため、豊似湖やカナダ内陸塩湖などでのサンプリングを行い、新たなアルケノン生産株を報告しています(カナダ株論文)。アルケノン生産種の遺伝子からみた系統関係と、水温応答を含めたアルケノン組成の特徴はどこまで対応づけられるのでしょうか?

ガスクロマトグラフィーを用いたアルケン分析の手法も進歩していて、中極性カラムを使うことで二重結合の位置の異なる異性体を分離して分析できるようになってきました。この方法では、イソクリシス科とならぶ科レベルの淡水種もアルケノン組成の特徴から判別することができます(まだ単離されたことがない種類で、だれもその姿を知りません)。アルケノンの化学分類学的特徴を理解することで、湖沼堆積物の有機分子分析によりアルケノン生産種を推定し、その結果に基づき適切な水温換算式を選択することができるようになれば、分子系統学的な種同定が不可能な地質試料における古水温復元の精度向上に資する成果となるでしょう。

 

アルケノン生産ハプト藻のバイオ燃料・バイオリファイナリーへの応用にむけた基礎研究:

「海洋ハプト藻類のアルケノン合成経路の解明」(筑波大学植物代謝生理学研究室)
関東学院大学藻類代謝生理学研究室 – (研究紹介PDF)

関連する成果、アクティビティ(作成中)

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