Ecogenomics of prokaryotes, viruses, and microbial eukaryotes in deep freshwater lakes

• Project/Area Number: 18J00300
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Ecology/Environment
• Research Institution: Kyoto University (2020); National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (2018-2019)
• Principal Investigator: 岡崎 友輔 京都大学, 化学研究所, 助教
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 微生物生態学 / 琵琶湖 / メタゲノム / メタトランスクリプトーム / PacBio / 大水深淡水湖 / 細菌 / ウイルス

Outline of Annual Research Achievements

今年度は主に昨年度までに得た大規模環境ゲノム情報の解析を行った。琵琶湖沖で採集した2水深×12か月の時空間24サンプルのメタゲノム解析について、昨年度までに実施済みであったショートリード解析に加え、ロングリードシーケンサーを用いた解析を行った。その結果、303個の高品質(completeness>90%, contamination<5%)細菌ゲノムを構築し、そのうちの106個はコンティグ数10個以下、31個は単一のコンティグにアセンブルされた細菌ゲノムであった。これらは、従来のショートリード解析では得られなかった極めて高品質のゲノム情報であり、より高解像度・高精度の比較解析を可能にすることで、ゲノムの微小多様性を生み出す原動力や、それが生態系内で維持されるメカニズムの解明にも資する重要な成果である。メタゲノムと並行して実施中のメタトランスクリプトーム解析については、昨年度に引き続きシーケンスライブラリ作成法の検討に時間を要し、解析に至ることはできなかった。しかし、手法をほぼ確立する段階には至り、今後の研究で解析を実現するための基盤の構築ができた。
培養実験では、96ウェルのディーププレートを用いたハイスループットな培養系を構築した。これまでに琵琶湖で優占する主要な細菌系統を含む少なくとも32の細菌の培養サンプルが得られている。残念ながら本研究が主要ターゲットとしていた細菌系統の単離には至っていないが、本成果はハイスループット培養法が湖沼深層の細菌の単離にも有効であることを裏付け、今後の培養実験の方向性を示した重要な成果である。
上記の取り組みと並行し、昨年度までに行った、ロングリードアンプリコンシーケンス解析を用いた国内9、欧州2の大水深淡水湖間における細菌の系統内多様性・系統地理的背景を明らかにした研究の成果を取りまとめ、査読付き国際誌に掲載した。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Czech Academy of Sciences(チェコ)
• [Int'l Joint Research] National Research Council of Italy(イタリア)
• [Int'l Joint Research] Czech Academy of Sciences(チェコ)
• [Int'l Joint Research] Czech Academy of Sciences(チェコ)
• [Int'l Joint Research] National Research Council(イタリア)
• [Int'l Joint Research] University of Zurich(スイス)
• [Journal Article] Microdiversity and phylogeographic diversification of bacterioplankton in pelagic freshwater systems revealed through long-read amplicon sequencing (2021)
  • Author(s): Okazaki Yusuke、Fujinaga Shohei、Salcher Michaela M.、Callieri Cristiana、Tanaka Atsushi、Kohzu Ayato、Oyagi Hideo、Tamaki Hideyuki、Nakano Shin-ichi
  • Journal Title: Microbiome Volume: 9 Issue: 1 Pages: 24-24
  • DOI: 10.1186/s40168-020-00974-y
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Describing macroecological patterns in microbes: Approaches for comparative analyses of operational taxonomic unit read number distribution with a case study of global oceanic bacteria (2020)
  • Author(s): Nakadai Ryosuke、Okazaki Yusuke、Matsuoka Shunsuke
  • Journal Title: Environmental DNA Volume: - Issue: 4 Pages: 535-543
  • DOI: 10.1002/edn3.78
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Widespread dominance of kinetoplastids and unexpected presence of diplonemids in deep freshwater lakes. (2019)
  • Author(s): Mukherjee I, Hodoki Y, Okazaki Y, Fujinaga S, Ohbayashi K, Nakano S.
  • Journal Title: Frontiers in Microbiology Volume: 10 Pages: 2375-2375
  • DOI: 10.3389/fmicb.2019.02375
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genome‐resolved viral and cellular metagenomes revealed potential key virus‐host interactions in a deep freshwater lake (2019)
  • Author(s): Okazaki Yusuke、Nishimura Yosuke、Yoshida Takashi、Ogata Hiroyuki、Nakano Shin‐ichi
  • Journal Title: Environmental Microbiology Volume: 21 Issue: 12 Pages: 4740-4754
  • DOI: 10.1111/1462-2920.14816
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hidden in plain sight?highly abundant and diverse planktonic freshwater Chloroflexi (2018)
  • Author(s): Mehrshad Maliheh、Salcher Michaela M、Okazaki Yusuke、Nakano Shin-ichi、?imek Karel、Andrei Adrian-Stefan、Ghai Rohit
  • Journal Title: Microbiome Volume: 6 Issue: 1 Pages: 176-176
  • DOI: 10.1186/s40168-018-0563-8
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Broad Habitat Spectrum of the CL500-11 Lineage (Phylum Chloroflexi), a Dominant Bacterioplankton in Oxygenated Hypolimnia of Deep Freshwater Lakes (2018)
  • Author(s): Okazaki Yusuke、Salcher Michaela M.、Callieri Cristiana、Nakano Shin-ichi
  • Journal Title: Frontiers in Microbiology Volume: 9 Pages: 2891-2891
  • DOI: 10.3389/fmicb.2018.02891
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Metagenomic exploration of viral diversity and virus-host interactions in a deep freshwater lake (2019)
  • Author(s): Okazaki Y, Nishimura Y, Ogata H, Yoshida T, Nakano S
  • Organizer: Symposium of Aquatic Microbial Ecology (SAME) 16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 大水深淡水湖の有酸素深水層に生息する細菌の生態 (2019)
  • Author(s): 岡崎友輔
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [Presentation] メタゲノム解析による湖水中のファージの多様性と生態の解明 (2019)
  • Author(s): 岡崎友輔, 西村陽介, 吉田天士, 緒方博之, 中野伸一
  • Organizer: 日本微生物生態学会第33 回大会
• [Presentation] 大水深淡水湖の深水層における微生物の多様性と機能 (2019)
  • Author(s): 岡崎友輔
  • Organizer: 日本地球化学会第66回年会
  • Invited
• [Presentation] 大水深湖に生息する細菌の系統地理的パターンの解明 (2019)
  • Author(s): 岡崎友輔, 藤永承平, 田中敦, 高津文人, 大八木英夫, 中野伸一
  • Organizer: 日本陸水学会第84回大会
• [Presentation] Comprehensive viromics uncovered the diverse viral community in a deep freshwater lake (2018)
  • Author(s): Okazaki Y, Nishimura Y, Ogata H, Yoshida T, Nakano S
  • Organizer: 17th International Symposium on Microbial Ecology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 複数湖の比較環境ゲノム解析から紐解く微生物の生き様 (2018)
  • Author(s): 岡崎友輔
  • Organizer: 日本微生物生態学会第32回大会
  • Invited
• [Presentation] メタゲノム解析で明らかにする湖の微生物生態系 (2018)
  • Author(s): 岡崎友輔
  • Organizer: 日本陸水学会第83回大会
  • Invited