Unveiling the mechanism of phase-shift in coral reef ecosystem focusing on extracellular degradation system in corals

• Project/Area Number: 20H00653
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 64:Environmental conservation measure and related fields
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 井口 亮 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 地質調査総合センター, 主任研究員 (50547502)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 安田 仁奈 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (00617251) ; 田邊 俊朗 沖縄工業高等専門学校, 生物資源工学科, 准教授 (50378915) ; 高橋 俊一 琉球大学, 熱帯生物圏研究センター, 教授 (80620153) ; 酒井 一彦 琉球大学, 熱帯生物圏研究センター, 教授 (50153838) ; 豊原 治彦 摂南大学, 農学部, 教授 (90183079)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥44,850,000 (Direct Cost: ¥34,500,000、Indirect Cost: ¥10,350,000); Fiscal Year 2023: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000); Fiscal Year 2022: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000); Fiscal Year 2021: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000); Fiscal Year 2020: ¥12,090,000 (Direct Cost: ¥9,300,000、Indirect Cost: ¥2,790,000)
• Keywords: サンゴ / フェーズシフト / 体外分解系 / ストレス耐性

Outline of Research at the Start

本研究では、サンゴ礁生態系衰退時に生じるサンゴ優占から藻類優占へのフェーズシフトにおいて、サンゴがストレスを受けることで、サンゴ体外分解系による藻類や病原菌の除去能が減少してサンゴの加入・着底が阻害され、フェーズシフトが加速されるという仮説を検証する。

Outline of Annual Research Achievements

沖縄島北部・南部・慶良間諸島周辺での野外調査を実施し、それぞれの場所のサンゴ・藻類等の分布調査と海水・底質サンプルの確保を行った。飼育実験に関しては、流海水システムでのコユビミドリイシを用いた高水温ストレス暴露実験を行い、ステリベクス濾過による採水作業を実施した。野外及び飼育実験で海水をろ過したステリベクスサンプルを用いて、RNA抽出の予備的検討を進めた。

底質サンプルを用いて、細菌叢を対象としたメタバーコーディング解析を行った結果、全地点で最も多く見られたのはProteobacteria門で、ついでCyanobacteria門、Bacteroidota門であった。UPGMAクラスタリングで群集類似度を調べた結果、サンゴの被度によってクラスターが分かれる傾向が観察された。また、PICRUStによって細菌叢から酵素組成データを取得し、サンゴ被度の違いで酵素頻度の違いが有意に異なっていることが確認された。有意差は見られなかったが、キチナーゼの頻度に関しても、サンゴ被度が低いところで低下する傾向が見られた。

これまでの野外調査の結果を踏まえて、野外で水温が顕著に異なる場所を選定し、コユビミドリイシを採取してショットガンメタゲノムを実施し、アセンブルを行ってサンゴホロビオントからの酵素関連遺伝子を抽出するための基盤作成を進めた。またSNPs解析を実施し、集団間・個体間の遺伝的違いについても精査した。コユビミドリイシから粘液を採取し、精製に最適な条件を模索した結果、キチナーゼを部分的に精製することができた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

琉球大学瀬底研究施設で予定していたサンゴ片を用いたストレス暴露実験が、酸性化海水を生成する機械の不調及び新型コロナウイルス感染拡大の影響で施設利用も限られてしまい、十分に実施ができなかったため。

Strategy for Future Research Activity

今年度十分に実施できなかった飼育実験を早めに実施し、必要となるサンプルの確保に努める。またこれまで得られたデータを一つの行列データとして整理し、ネットワーク解析を行って、コアとなる要素・要因群の絞り込みを試みる。メタゲノム解析・酵素精製・活性解析に関しては、引き続き効率的な評価系の構築を進める。

Research Products

• [Journal Article] Short-term improvement of heat tolerance in naturally growing Acropora corals in Okinawa (2023)
  • Author(s): Singh Tanya、Sakai Kazuhiko、Ishida-Castaeda Jun、Iguchi Akira
  • Journal Title: PeerJ Volume: 11 Pages: e14629-e14629
  • DOI: 10.7717/peerj.14629
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Near-future levels of <i>p</i>CO₂ impact skeletal weights of coral primary polyps (<i>Acropora digitifera</i>) (2022)
  • Author(s): Bell Tomoko、Manullang Cristiana、Sakai Kazuhiko、Suzuki Atsushi、Iguchi Akira
  • Journal Title: Galaxea, Journal of Coral Reef Studies Volume: 24 Issue: 1 Pages: 63-68
  • DOI: 10.3755/galaxea.G2020_S1N
  • NAID: 130008149232
  • ISSN: 1883-0838, 1883-3969
  • Year and Date: 2022-01-31
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Calcification responses of subtropical corals to ocean acidification: a case study from Sesoko Island, Okinawa, Japan (2022)
  • Author(s): Bell Tomoko、Manullang Cristiana、Kumagai Naoki H.、Sakai Kazuhiko、Suzuki Atsushi、Iguchi Akira
  • Journal Title: Galaxea, Journal of Coral Reef Studies Volume: 24 Issue: 1 Pages: 51-61
  • DOI: 10.3755/galaxea.G2020_S2O
  • NAID: 130008149233
  • ISSN: 1883-0838, 1883-3969
  • Year and Date: 2022-01-31
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Consideration of Genetic Structure in the Ecologically and Biologically Significant Marine Areas (EBSA) Criteria: A Review of Convention on Biological Diversity (CBD) Regional Workshops and A Case Study of Coral Reef Conservation Planning. (2022)
  • Author(s): Yamakita T, Sodeyama F, Iguchi A, Kitano YF, Teshima KM, Shimura A, Nakabayashi A, Nagai S, Nakamura T, Aizawa H, Yasuda N.
  • Journal Title: Frontiers in Marine Science Volume: 9 Pages: 823009-823009
  • DOI: 10.3389/fmars.2022.823009
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Calcification rates of a massive and a branching coral species were unrelated to diversity of endosymbiotic dinoflagellates. (2022)
  • Author(s): Gibu K, Ikeuchi E, Bell T, Nakamura T, Yoshioka Y, Suzuki A, Iguchi A.
  • Journal Title: Molecular Biology Reports Volume: 49 Issue: 9 Pages: 9101-9106
  • DOI: 10.1007/s11033-022-07702-9
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 遺伝子解析で沖縄島沿岸の生物多様性を俯瞰し統合解析を行う先に何が見えるか (2023)
  • Author(s): 井口亮（産総研・地質情報）
  • Organizer: 第39回地質調査総合センターシンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 沿岸域における生物多様性と環境の統合的評価手法の開発 (2023)
  • Author(s): 水山克・水落裕樹・山本聡・岩男弘毅・井口亮（産総研・地質情報）
  • Organizer: 第39回地質調査総合センターシンポジウム
• [Presentation] 高CO2時代に対応したサンゴ礁保全に資するローカルな環境負荷の閾値設定に向けた研究 (2022)
  • Author(s): 井口亮・鈴木淳・飯島真理子（産総研・地質情報）・安元純（琉大・農）・中村崇（琉大理・琉大熱生研）・酒井一彦（琉大熱生研）・安元剛（北里大・海洋生命）・水澤奈々美（北里大・海洋生命）・熊谷直喜（国環研）
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2022
  • Invited
• [Presentation] 遺伝的指標による重要海域指標の提案と既存報告のレビュー、 サンゴ海域での評価例を踏まえたベントスでの活用可能性 (2022)
  • Author(s): 山北剛久（海洋研究開発機構）・袖山文彰（浦和大）・井口亮（産総研・地質情報）・北野裕子（自然研）・手島康介（九大）・志村晶史・中林朗（宮崎大）・長井敏（水研機構）・中村隆志・相澤浩明（東工大）・安田仁奈（東大）
  • Organizer: 2022年日本プランクトン学会・日本ベントス学会合同大会
• [Presentation] 褐虫藻の多様性はサンゴ石灰化速度に影響するか (2022)
  • Author(s): 池内絵里（産総研・地質情報、宮大・農）・儀武滉大（産総研・地質情報）・中村崇（琉大・理）・鈴木淳（産総研・地質情報）・井口亮（産総研・地質情報、産総研・E-code）・ 安田仁奈（宮大・農）
  • Organizer: 第69回日本生態学会大会（ESJ69）
• [Presentation] 環境応答におけるサンゴ種内変異をマルチオミックス解析で明らかにする (2022)
  • Author(s): 井口亮（産総研・地質情報、産総研・E-code）・財津桂（名大・医）
  • Organizer: 第69回日本生態学会大会（ESJ69）
• [Presentation] コユビミドリイシの共生細菌に関する研究 (2021)
  • Author(s): 湯瀬水葵・安元剛・水澤奈々美（北里大・海洋生命）・飯島真理子（産総研・地質情報）・安元純（琉大・農）・井口亮（産総研・地質情報）・廣瀬美奈（トロピカルテクノプラス）・天野春奈・神保充・渡部終五（北里大・海洋生命）
  • Organizer: 令和3年度日本水産学会春季大会
• [Presentation] 底質リン酸塩によるサンゴ石灰化阻害とそのメカニズム解明 (2020)
  • Author(s): 井口亮（産総研）・飯島真理子（産総研）・ベル智子（グアム大）・西島美由紀（産総研）・中村崇（琉大・理）・酒井一彦（琉大・熱生研究）・鈴木 淳（産総研）・安元純（琉大・農）・水澤奈々美（北里大・海洋生命）・安元剛（北里大・海洋生命）
  • Organizer: 2020年度日本プランクトン・ベントス学会合同大会オンライン大会
• [Presentation] 地球的規模・地域的規模の環境変化がサンゴ石灰化に及ぼす影響ーサンゴポリプ実験系による検証ー (2020)
  • Author(s): 井口亮（産総研・地質情報）・飯島真理子（産総研・地質情報）・ベル智子（グアム大学・環境）・西島美由紀（産総研・地質情報）・中村崇（琉大理・琉大熱生研）・酒井一彦（琉大熱生研）・鈴木淳（産総研・地質情報）・安元純（琉大・農）・水澤奈々美（北里大・海洋生命）・安元剛（北里大・海洋生命）・熊谷直喜（国環研）
  • Organizer: 第15回バイオミネラリゼーションワークショップ
  • Invited
• [Presentation] 琉球列島海域での造礁サンゴ群集比較 (2020)
  • Author(s): 中村崇（琉大・理）・塚本陸（琉大・理）・徳田侑大（琉大・理）・石田潤一郎（琉大・理）・池田香菜（琉大・理）・Mariam Shidha Afzal（琉大・理）・井口亮（産総研・地質情報）
  • Organizer: 2020年度日本サンゴ礁学会大会第23回大会