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Analysis of the microbial consortia of methane-oxidizing bacteria in rice with the aim of reducing methane emissions and promoting rice growth

Research Project

Project/Area Number 21K20570
Research Category

Grant-in-Aid for Research Activity Start-up

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section 0601:Agricultural chemistry and related fields
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

Shinjo Rina  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 *help
¥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 Final Research Achievements

Aerobic methane-oxidizing bacteria (MOB) are important in mitigating methane emissions from paddy fields. This study aims to clarify the microbial structure of heterotrophic bacteria that coexist with MOB in rice-derived enrichment cultures and to investigate the effects of these heterotrophic bacteria on methane oxidation. Twelve strains of heterotrophic bacteria, classified into seven genera (Acidovorax, Ancylobacter, Caulobacter, Methylobacillus, Phenylobacterium, Roseomonas, Segnochrobactrum), were isolated from enrichment culture. In vitro cocultures with the heterotrophs Acidovorax sp., Ancylobacter sp., Caulobacter sp., Roseomonas sp., and Segnochrobactrum sp., showed that the methane oxidation of Methylomonas sp. was significantly promoted. However, co-inoculation of MOB (Methylomonas sp.) and Ancylobacter sp. to rice tended to promote rice growth but did not affect methane oxidation activity. Further analysis is needed to verify the effect of co-inoculation on rice.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

水田からのメタン排出の削減に向けてメタン酸化細菌の活用が期待される一方で、その単離は数例に留まっており、農業現場での応用利用は進んでいない。その要因のひとつとしてメタン酸化細菌の純粋培養の難しさがある。メタン酸化細菌と従属細菌の分離は非常に困難であり、その純化には集積培養や限界希釈法を繰り返し数ヶ月かかることもある。本研究はそのメタン酸化細菌と従属細菌の強固な結びつきを逆手にとり、菌間相互作用の解明、さらにはイネにおけるメタン生成量の削減と生育促進の実現を目指すものである。本研究で得られる成果はメタン酸化細菌の農業分野での安定した実用化に繋がり、農業生産の持続的な発展につながるものと考える。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2023 2022

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (3 results)

  • [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 PCR2023

    • 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

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] N-Fixation by Free-Living and Endophytic Bacteria and Their Impact on Field Crops with Emphasis on Rice2022

    • 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
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • 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
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [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
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [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
    • Related Report
      2022 Research-status Report

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Published: 2021-10-22   Modified: 2025-01-30  

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