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, 特任助教 (10908841)
• Project Period (FY): 2021-08-30 – 2023-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2021)
• 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: イネ / メタン / メタン酸化細菌 / コンソーシアム

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

今年度は、16S rRNAアンプリコン解析による集積培養液の菌叢解析と、従属栄養細菌の単離方法の検討を実施した。無窒素区で栽培された３品種のイネ（品種：Nipponbare、Muha、Tupa 121-3）から登熟初期に採取した根と茎をメタン酸化細菌単離用の硝酸塩無機塩（NMS）液体培地に添加し、気相の約20% (v/v)をメタンに置換して継代培養し、メタン酸化細菌及び共存する従属栄養細菌の集積培養を行なった。2-5次（茎では2-3次）集積培養液よりDNAを抽出し、16S rRNAアンプリコン解析を実施した。その結果、根ではMethylococcaceae科、茎ではMethylocystaceae科のメタン酸化細菌が優占する一方、いずれもその存在比は9-43%（根）、5-30%(茎)に留まり、メタン酸化細菌と共存する従属栄養細菌が多く存在することが示唆された。また、α多様性指数であるFaith’s Phylogenetic Diversity値は植え継ぎを重ねるごとに低下しており、継代培養によってメタン酸化細菌により親和性の高い従属栄養細菌が選抜されていると推察された。β多様性指数を計算したところ、β多様性は部位間で大きい傾向を示した。そこで部位間で比較解析した結果、根ではFlavobacterium属が、茎基部ではPseudomonas属やAcidovorax属が特に多く存在していた。メタノール資化能を有するMethylophilus属は根と茎の両方で多く検出された。今後、品種間や植え継ぎ回数による差異にも着目して解析を進めるとともに、各集積培養液に特徴的な従属栄養細菌の単離を試みる。
次に、従属栄養細菌の単離方法を検討した。集積培養液をLB培地、NB培地、メタノール又はスクロースを添加した無窒素培地に塗抹し、従属栄養細菌の分離を試みた。その結果、無窒素培地で生育し窒素固定能を有すると考えられる9菌株を分離した。現在これらの菌株の純化を進めている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

メタン細菌と協調して増殖する従属栄養細菌群を明らかにすることができ、また、複数の窒素固定能を有する分離株を得たため。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、集積培養液から従属栄養細菌の分離を行う。加えて、これまでに得られた従属栄養細菌株とメタン酸化細菌を共培養し、メタン酸化を促進する菌群の組み合わせを明らかにする。また、先にイネへの生育促進効果が示されたBurkholdeira属菌株とメタン酸化細菌単離株をイネに共接種し、イネの生育やメタン酸化に与える影響を明らかにする。