海水棲新規脱窒細菌の脱窒遺伝子（nosZ 及び nirS）の解析 ○城戸 優英・吉永 郁生・内田 有恆（京大院農） キーワード：海洋・脱窒・微生物・nosZ・nirS 著者連絡先：[email protected] 要旨 である。よって本研究では播磨灘海水から優先株として単 (1) 研究背景 離された脱窒細菌株について研究を行い、海水棲脱窒細菌 海洋には河川を通じ、絶えず無機態・有機態窒素が流入し に関する知見の増大及びその脱窒関連遺伝子（nosZ 及び ている。近年、急成長を遂げた産業・農業活動に伴い、陸 nirS）情報の蓄積を目的とした。 上から海洋へ流入する窒素化合物量も急増した。過剰な窒 素供給が窒素循環のバランスを狂わせた結果、海洋汚染が (3) 研究内容 引き起こされ、大きな問題となっている。海洋の窒素汚染 播磨灘海水中に優占して存在していた海水棲脱窒細菌、 問題を解決する上で、海洋窒素サイクルの解明や海洋窒素 HS7 株及びHB7 株（２株ともMarinobacter spp.に属す 循環に関わる諸要因についての十分な理解が必要である。 る)を用いて、N2Oレダクターゼ遺伝子（nosZ）及びNO2レ 海洋の有光層から窒素は漁獲により除去される他、沈降に ダクターゼ遺伝子（nirS）の全塩基配列解析を決定し、既 より海底に蓄積する。しかしこのような窒素は潜在的には 知の脱窒細菌のそれと比較した。また、これら新規脱窒細 窒素汚染の源となる。海洋からの究極の窒素除去過程は微 菌株のnosZ及びnirSを特異的に増幅させるプライマーを 生物の嫌気呼吸の一種である「脱窒」のみである。一説に 設計し、定量RT-PCR法によりその遺伝子発現を確認した。 は海洋底土の脱窒だけで、供給される全窒素量の３０∼５ (4) 結果及び考察 ０％が除去されていると推測されている。しかし、海洋窒 新規海洋棲脱窒細菌株(HS7 株及び HB7 株)の nosZ 全塩 素循環における脱窒細菌については、その重要性と比較し 基配列(約 1890bp）を決定した。また、nirS においては て、その知見は現時点においてあまりに少ないといわざる 全長の約８割（約 1450bp）の塩基配列を決定した。塩基 を得ない。 配列の比較により Marinobacter に属するこの２株の (2) 研究目的 nosZ 及び nirS は、既知の脱窒細菌の中では Pseudomonas 今までは主に海洋底土における脱窒研究が主であり、海水 spp.の nosZ 及び nirS に比較的近縁なことがわかった（遺 中のそれはあまり研究されていなかった。それは脱窒が主 伝子の相同性はそれぞれ約 70％と約 60%）。また、好気的 に嫌気的環境において起こる生物代謝であるからである。 な海水中から単離された細菌にも脱窒能があることが遺 しかし近年、海水中で脱窒が起きている可能性が示唆され 伝子発現の面からも確認され、海水が脱窒の場として実際 た。もし、そうであるなら海水中に存在する脱窒過程も海 に機能している可能性が示唆された。今後、本研究で用い 洋底土におけるそれと同様に無視できない可能性がある。 た新規海水棲脱窒細菌株の nosZ 及び nirS を特異的に増 なぜならば海水の巨大な体積を考えると、たとえ個々の脱 幅したプライマーセットを応用し、実際の海水中から定量 窒活性が微々たるものであったとしても全体としては無 RT-PCR 法により海水棲脱窒細菌の遺伝子発現を直接測 視できない量になると推測できるからだ。しかし陸上の 定できるような実験系を確立できないか考えている。 Pseudomonas aeruginosa や P. denitrificans については 脱窒モデル細菌として研究はある程度進んでいるが、海水 由来の脱窒細菌に関しては未だ知見が全くないのが現状
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