| Project/Area Number |
21H05057
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Broad Section K
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
吉田 天士 京都大学, 農学研究科, 教授 (80305490)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長崎 慶三 高知大学, 教育研究部自然科学系理工学部門, 教授 (00222175)
緒方 博之 京都大学, 化学研究所, 教授 (70291432)
神川 龍馬 京都大学, 農学研究科, 准教授 (40627634)
高尾 祥丈 福井県立大学, 海洋生物資源学部, 准教授 (00511304)
山本 圭吾 地方独立行政法人大阪府立環境農林水産総合研究所(環境研究部、食と農の研究部及び水産研究部), その他部局等, 研究部長 (80503937)
大美 博昭 地方独立行政法人大阪府立環境農林水産総合研究所(環境研究部、食と農の研究部及び水産研究部), その他部局等, 主幹研究員 (00503939)
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| Project Period (FY) |
2021-07-05 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2025)
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| Budget Amount *help |
¥190,710,000 (Direct Cost: ¥146,700,000、Indirect Cost: ¥44,010,000)
Fiscal Year 2025: ¥33,020,000 (Direct Cost: ¥25,400,000、Indirect Cost: ¥7,620,000)
Fiscal Year 2024: ¥33,020,000 (Direct Cost: ¥25,400,000、Indirect Cost: ¥7,620,000)
Fiscal Year 2023: ¥33,930,000 (Direct Cost: ¥26,100,000、Indirect Cost: ¥7,830,000)
Fiscal Year 2022: ¥33,930,000 (Direct Cost: ¥26,100,000、Indirect Cost: ¥7,830,000)
Fiscal Year 2021: ¥56,810,000 (Direct Cost: ¥43,700,000、Indirect Cost: ¥13,110,000)
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| Keywords | 海洋ウイルス / 海洋微生物 / 微細藻 / オミックス解析 / 海洋低次生態系 / 微細藻類 |
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| Outline of Research at the Start |
海洋において、光合成微生物へのウイルス感染により漏出される光合成産物を起点として、海洋低次生態系全体に日周性が波及しているとの仮説を提唱した。そこで、（１）包括的メタマルチオミックス解析法を用いた低次生態系の代謝・感染の日周動態の解明、（２）ウイルス感染系培養実験による日周性をもたらす分子機構（時計仕掛け）の解明、さらに（３）日周～長期時系列観測に基づく低次生態系の微生物・代謝・感染を結ぶ因果ネットワークの構築を行う。以上により、海洋微生物-ウイルス相互作用に起因する時計仕掛けの全容と、その長期的な海洋低次生態系構造変化への影響を解明し、物質循環を駆動する未踏の基本原理を提示する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
海洋において光合成微生物へのウイルス感染に日周性を見出した。そこで、娘ウイルス放出に伴って漏出される光合成産物（=有機物）を起点として、海洋低次生態系全体へ及ぶ日周性をはじめとする周期性をオミックス解析により検出し、その分子機構を解明する。本年度は大阪湾口部における原核生物優占種・ウイルスの調査を継続して行った。研究成果は、以下の通りである。
（１）ろ過により粒子関連（PA）画分と、自由生活（FL）画分に含まれる原核生物の群集構造はともに年周期のパターンを示し、PA分画とFL分画の間で原核生物が直接的または間接的に相互作用し、その一部は微細藻類によって媒介される可能性を示した。浦ノ内湾において巨大ウイルス群集の微小多様性の長期変動を観測した。頻繁に出現する巨大ウイルス種ほど微小多様性が高いことが判明し、集団サイズと出現パターンに関係があることをしめした。
（２）マルチオミクス解析により細胞内DNA・RNA画分および、ウイルス画分DNAにおけるウイルス群集を追跡し、従来のウイルスごとの異なる感染サイクルに加え、周期性を示さず偽溶原状態として宿主内とどまるウイルスが多くいることを明らかにした。
（３）培養実験と観測によりウイルス感染により赤潮藻ヘテロシグマが沈降することを明らかにした。さらにヘテロシグマへの赤潮感染は異なる微生物集団の応答を招き、ウイルスは、有機物の鉛直移動と宿主の代謝改変を通じて微生物群集へ影響を及ぼす可能性を示した。
（４）深層独自に生息するウイルス群集を明らかにした。室戸深層水研究所にて中深層試料を取得し、中深層に特異的な巨大ウイルスが存在し、季節をまたいで長期間安定して活性を示すことを確認した。琵琶湖の推進60mにおける無光層にて、巨大ウイルス群種が存在することを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度はプロジェクト開始から取得してきた観測データの解析成果が得られた。海洋の水柱環境の微生物は大きく粒子付着性と自由生活性の2つに分かれるが、それらは独自の環境であるにもかかわらず、季節性を示し、それらは藻類を含む粒子を介して相互作用することを示した。これに関連し、ウイルス感染の有無により藻類の沈降性が変わり、少なくとも一つの藻類ウイルス感染系ではウイルスは宿主を沈降させ、微生物群集の季節動態に影響を及ぼす流れを示唆する結果を得た。昨年度までに確立したマイクロコズム実験での観察と環境時系列データの比較による妥当性の検証の流れを活用し、これらの因果の検証も進みつつある。
また、起点となる藻類種の培養化を進め、新属の可能性もある株など藻類の多様性の理解を拡大しつつある。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初計画通り海洋低次生態系の代謝・感染の日周動態を解明、ウイルス感染培養系を用いたメソコズム実験による時計仕掛け解明を引き続き優先課題として取り組む。ウイルスが宿主を溶解させ、有機物を海洋に放出する過程だけでなく、感染細胞の沈降過程によりウイルスは有機物の鉛直移動をもたらす可能性が高い。計画に加えてウイルス感染細胞の観測技術を確立し、この移動過程を加味して、ウイルス感染の周期性という海洋物質循環を駆動する基本原理を解明し、周期性が低次生態系に及ぼす中・長期的影響と海洋システム全体への波及効果を検証する。そのため最終年度は、安定同位体にて赤潮藻類を標識し、従属真核微生物およびそのウイルスへの炭素の移行を捉える手法を確立し、ウイルスの有機物の移動の効果を定量化することを試みる。また、昨年度は未実施であった日周変動を再現するマイクロコズム系の構築を試み、ウイルス群集構造の変動を含めより精度の高い解析を行い、これまで環境で観察した日周変動の分子メカニズムの解明を試みる。
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| Assessment Rating |
Interim Assessment
A: 順調に研究が進展しており、期待どおりの成果が見込まれる
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