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。

引起赤潮的藻类异形藻在夏季在海面附近大量繁殖和积累，形成“赤潮”，对渔业造成严重损害。夏季赤潮频繁发生，光照强度极强。如此强的光对许多光合生物是有害的，许多光合生物都配备有修复光合器官并耗散多余光能的机制，以保护自身免受强光胁迫。另一方面，许多浮游植物由于鞭毛较多，利用自身的移动能力，潜入水中深处，躲避强光，因此其光合系统的强光保护机制比陆地植物弱很多。然而，鞭毛异形虫是一个例外。该物种聚集在海面附近，暴露在极强的光线下，形成赤潮。虽然它们有游泳的能力，但它们不会潜入水下深处，而是呈指数级繁殖，并在光线过多的海洋表面上占据主导地位。换句话说，异形藻对强光具有非凡的抵抗力，但其机制仍有许多未知之处。申请人的小组发现了A. ishigakiensis，一种与异形藻共存的海洋细菌。 A. ishigakiensis 是一种异养细菌，不能单独生长，但它附着在异藻体上并利用来自异藻体的有机物生长。同时，A. ishigakiensis 还促进异形藻的增殖。有趣的是，我们初步发现与这种细菌共培养会增加Ta的NPQ（非光化学猝灭，叶绿体对强光的保护功能，以热量的形式消散多余的光）。基于这些结果，申请人提出了一个全新的假设：该细菌增强了异形藻的强光耐受性，使得异形藻在极强的光照下能够形成赤潮。本研究的目的是验证异型强光抗性是否被某些细菌补充的可能性并探讨其机制。