京大ら,謎だったDNA持つ光合成生物の培養に成功

京都大学,国立環境研究所,東北大学,筑波大学は,20年以上その正体が明かされることなく,また既知分類群に属さない生物由来と考えられてきたDNA配列の「持ち主」の仲間を海水中から培養することに成功した(ニュースリリース)。

海洋光合成生物はそのほとんどが微生物であり,培養可能な微生物は全体の1%未満とも言われており,その実態は謎が多い。

そのため,環境DNA解析と呼ばれる,培養したり観察したりすることなく,海水などから直接DNAを抽出して調べることで,どのような種類の生物がどのくらい存在するのかを見積もる試みが行なわれてきた。その中で,20年以上前に発見された短いDNA断片の中に,既知の生物のいずれにも分類されない謎のDNAがあった。

研究グループは,定期的に行なわれる海洋調査などの際に現れた光合成生物の観察および単離を行ない,また長期間安定的に培養・維持できることを確認してきた。それらのもつ葉緑体ゲノムDNAおよびミトコンドリアゲノムDNAを解読し,系統ゲノミクス解析を行なったところ,大きく分けて以下の2点が明らかとなった。

・今回新たに発見された光合成する微生物が謎のDNAの「持ち主」にきわめて近縁であること
・本種はハプト藻類と呼ばれる光合成生物の新規グループであること

つまり,DNAの解析により,20年来未知であったDNAの「持ち主」がハプト藻類という海洋光合成に大きく寄与する生物群の新規グループに属することが世界で初めて報告された。

さらに過去に行なわれた環境DNA解析データを再解析すると,この種は太平洋,大西洋,インド洋に広く分布しており,その平均存在量がブルーム形成種(一時的に水面が色づくほど大量増殖する光合成生物種)に匹敵する可能性があることが分かった。

さらに,DNAの解析だけではなく,細胞内色素の網羅的な解析や詳細な細胞形態観察を行なったところ,抗酸化物質であるカロテノイドと呼ばれる色素が複数検出され,そのうちのいくつかはハプト藻類でこれまで知られていないもので,新奇の有用物質を合成している可能性があるという。

形態的特徴はハプト藻類で知られているいずれのグループにも該当しない一方で,ハプト藻類の仲間であることを裏付ける特徴的な形態も同時に有していた。このような特徴的なカロテノイド組成や細胞形態は,この種がハプト藻類の新規グループであるという系統ゲノミクスの結果を裏付けている。

研究グループは,今回発見された新規光合成生物を,謎のDNAの発見者名にちなんでラピ藻(Rappephyceae)と名付け,培養株,DNA情報,色素情報を公開した。

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