Characterization of a novel bloom-forming mechanism based on interaction between astaxanthin-producing marine bacteria and a bloom-forming alga

基于产生虾青素的海洋细菌与水华形成藻类之间相互作用的新型水华形成机制的表征

• 批准号: 21K19148
• 负责人: 植木 尚子
• 金额: $ 3.99万
• 依托单位: Okayama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K19148/
• 关键词: 赤潮; ヘテロシグマ; 随伴細菌; 海洋細菌; アスタキサンチン; 光合成

赤潮原因藻ヘテロシグマは、夏季に海面近くで増殖・高密度に集積し、重度の漁業被害を与える『赤潮』を形成する。赤潮が頻発する夏季は、光強度は非常に強い。このような強光は多くの光合成生物に有害であり、多くの光合成機構は強光ストレスからの自衛のため、光合成装置の修復機構や、過剰な光エネルギーを散逸する機構を備えている。一方、多くの鞭毛を持つ植物プランクトンの多くは、その移動能力を生かして深い水深に潜り強光を避ける戦略を取るため、光合成系の強光防御機構は陸上植物に比べて遥かに弱い。しかし、鞭毛藻の一種ヘテロシグマは例外である。本種は著しい強光に晒される海面付近に集積し、赤潮を形成する。遊泳能力を持ちながらも水中深くに潜ることなく、過剰な光があたる海表面で指数関数的に増殖し優占する。つまりヘテロシグマは並外れた強光耐性を備えているが、そのメカニズムには不明な点が多い。申請者のグループは、ヘテロシグマと付着共生する海洋細菌A. ishigakiensis を見出した。A. ishigakiensisは従属栄養性細菌であり、単独では増殖できないが、ヘテロシグマに付着し、ヘテロシグマ由来の有機物を利用して増殖する。同時に、ヘテロシグマの増殖はA. ishigakiensisに促進される。この時、興味深いことに、本細菌との共培養がヘテロシグマのNPQ（non-photochemical quenching、過剰な光を熱として放散する葉緑体の強光に対する防御機能）を増大させることを予備的に見出した。この結果より、申請者らは本細菌がヘテロシグマの強光耐性を増強し、著しい強光下でのヘテロシグマ赤潮形成を可能にするという全く新たな仮説に至った。本研究では、ヘテロシグマ強光耐性がある種の細菌に補完される可能性を検証し、その機序を探ることを目的としている。

导致红潮的异质藻在夏季在海平面附近的高密度生长并积聚，形成红潮，造成严重的捕鱼损害。在夏季，当红潮经常发生时，光强度极强。如此强烈的光对许多光合生物有害，许多光合机制具有光合作用设备的修复机制，以及一种耗散多余光能的机制，以保护自己免受强大的光压力。另一方面，许多含鞭毛的浮游植物使用策略来深入深水并避免强光，因此光合强的光脱糊剂机制比在陆地植物上的较弱。然而，异常是一种鞭毛藻类，是例外。该物种在海面附近积聚，暴露于明显的强光，并形成红潮。尽管它们具有游泳能力，但它们在海洋表面上占主导地位，在海洋的表面上，在没有深处潜水的情况下暴露了过多的光线。换句话说，异质化具有出色的光抵抗力，但关于其机制有许多未知数。申请人组发现了A. Ishigakiensis，这是一种与异质菌共存的海洋细菌。 A. Ishigakiensis是一种不能自行生长的异养细菌，但它遵守异性菌和使用源自异性含量的有机物生长。同时，杂质增殖是由A. ishigakiensis促进的。有趣的是，初步发现与该细菌共培养会增加异含量NPQ（非光化学淬灭），这是叶绿体的保护功能，可抵抗强烈的光，以散发出多余的光作为热量。这些结果导致了一个全新的假设，即细菌增强了异性含量的强烈耐药性，从而使异质红潮汐在明显高光下形成。这项研究旨在研究异质抗菌强烈耐药性可以与细菌种类相辅相成并探索机制的可能性。