メタン排出削減とイネ生育促進を目指した微生物コンソーシアムの機能解明

• Project/Area Number: 21K20570
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0601:Agricultural chemistry and related fields
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 新庄 莉奈 名古屋大学, 生命農学研究科, 助教 (10908841)
• Project Period (FY): 2021-08-30 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: メタン酸化細菌 / イネ / コンソーシアム / メタン

Outline of Research at the Start

水田はイネの主要な生産現場である一方、温室効果ガスであるメタンの大きな発生源である。メタン酸化細菌はメタンを唯一のエネルギー源・炭素源として生育する好気性微生物であり水田からのメタン発生低減への活用が期待されるが、農業現場においてメタン酸化細菌の利用には未だ至っていない。本研究ではイネ根圏でメタン酸化細菌と協調的にはたらく従属栄養微生物の機能や相互作用について分離培養やゲノム解析を通じて明らかにするとともに、それらを共同体（コンソーシアム）としてイネに共接種することで安定した定着性を実現し、メタンの排出量削減や窒素など養分獲得の向上を通じたイネの生育促進を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、水田に由来するメタン酸化細菌（Methane-oxidizing bacteria, MOB）の活性を高める方策として、MOBと共同体（コンソーシアム）を形成する従属栄養細菌の機能に着目した。本年度は、イネの根や茎基部に由来し、メタンを唯一の炭素源として継代培養したMOBの集積培養液における従属栄養細菌の群集構造を解析するとともに、これらの従属栄養細菌がメタン酸化に及ぼす影響を明らかにすることを目的として研究を実施した。
集積培養液の菌叢解析の結果、MOBの占める割合は18-45％であり、メタンが唯一の炭素源であるにもかかわらず、従属栄養細菌が高い割合を占めることが明らかとなった。また、群間比較解析（LEfSe）により、Methylomonas属MOBが優占する集積培養液ではFlavobacteriaceae科やCaulobacteraceae科が、Methylocystis属やMethylosinus属MOB が優占する培養液ではChitinophagaceae科やXanthomonadaceae科が多く存在することが明らかとなった。
次に、集積培養液からMOBと共存する従属栄養細菌を分離したところ、Xanthobacteraceae科や Caulobacteraceae科、Comamonadaceae 科、Acetobacteraceae科、Segnochrobactraceae科などに分類される12株の従属栄養細菌を得た。そのうち、系統的に異なる従属栄養細菌分離株について、Methylomonas属MOBと共培養試験を行った結果、うち5株でメタン酸化の促進効果が認められた。以上から、集積培養液に優占するMOBの分類グループによって共存する従属栄養細菌群集が異なること、また、その一部の菌株はメタン酸化を促進する作用を持つことが示された。

Research Products

• [Journal Article] Type-specific quantification of particulate methane monooxygenase gene of methane-oxidizing bacteria at the oxic-anoxic interface of a surface paddy soil by digital PCR (2023)
  • Author(s): Shinjo Rina、Oe Fumika、Nakagawa Koki、Murase Jun、Asakawa Susumu、Watanabe Takeshi
  • Journal Title: Environmental Microbiology Reports Volume: － Issue: 5 Pages: 392-403
  • DOI: 10.1111/1758-2229.13155
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] N-Fixation by Free-Living and Endophytic Bacteria and Their Impact on Field Crops with Emphasis on Rice (2022)
  • Author(s): Kondo Motohiko、Shinjo Rina、Okamoto Takanori
  • Journal Title: Nitrogen Fixing Bacteria: Sustainable Growth of Non-legumes Volume: － Pages: 347-376
  • DOI: 10.1007/978-981-19-4906-7_16
  • ISBN: 9789811949050, 9789811949067
  • Peer Reviewed
• [Presentation] イネにおけるメタン酸化微生物コンソーシアムの探索と分離 (2023)
  • Author(s): 新庄 莉奈、大江 史花、Ma Xuping、福嶋 大智、梶浦 雅子、 常田 岳志、橋本 駿、三井 久幸、佐藤 修正、渡邉 健史、 浅川 晋
  • Organizer: 植物微生物研究会 第32回研究交流会
• [Presentation] 低メタン排出イネ品種における高活性メタン酸化細菌群の探索 (2022)
  • Author(s): 新庄 莉奈, 大江 史花, Ma Xuping, 福嶋 大智, 梶浦 雅子, 常田 岳志, 橋本 駿, 三井 久幸, 佐藤 修正, 渡邉 健史, 浅川 晋
  • Organizer: 日本微生物生態学会第35回大会
• [Presentation] デジタルPCRによるメタン酸化細菌の定量法の開発と水田土壌表層における菌群の分別定量解析 (2022)
  • Author(s): 新庄 莉奈 , 大江 史花 , 中川 晃希 , 村瀬 潤 , 浅川 晋 , 渡邉 健史
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2022年度東京大会