嫌気的メタン酸化古細菌の水田土壌における分布と生態の解明

• Project/Area Number: 22K05943
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 41050:Environmental agriculture-related
• Research Institution: National Agriculture and Food Research Organization
• Principal Investigator: 酒井 順子 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農業環境研究部門, 上級研究員 (10354052)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 常田 岳志 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農業環境研究部門, 上級研究員 (20585856) ; 伊勢 裕太 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農業環境研究部門, 研究員 (20845648)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2024: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
• Keywords: 嫌気的メタン酸化古細菌 / 水田土壌 / 嫌気的メタン酸化 / 古細菌 / 水田 / 土壌

Outline of Research at the Start

水田からの温室効果ガス、メタンの排出量は、微生物によるメタンの生成と消費の差で決まる。水田メタンの消費は主に、酸素を電子受容体とする好気的メタン酸化菌が担うと考えられてきたが、近年、窒素酸化物や金属酸化物を電子受容体とする嫌気的メタン酸化古細菌の存在が明らかになった。本研究では、本菌がどのような特徴を持つ水田に多く存在するのか、水田土壌のどの深さでいつ活性が高いのか、本菌による嫌気的メタン酸化量はどの程度かを土壌分類学、分子生物学および同位体解析手法を組み合わせて調査する。

Outline of Annual Research Achievements

これまでの水田土壌の微生物解析の中で高頻度に検出された嫌気的メタン酸化古細菌Candidatus Methanoperedens属に着目し、同微生物のメタン酸化遺伝子mcrA配列を特異的に検出するPCRプライマーを改良した。mcrA遺伝子はメタン生成古細菌ではメタン生成遺伝子として働き、C. Methanoperedens属では同遺伝子は逆反応を担うことが報告されている。複数箇所の水田土壌由より抽出したDNAを鋳型として改良プライマーで増幅されたPCR産物をTAクローニングの後シークエンシングしたところ、目的の配列が特異的に増幅されていることを確認した。次に本プライマーおよび既存のトータルmcrA遺伝子検出プライマーを用いて定量PCRを行った。その結果、供試した水田土壌の全mcrA配列に占めるCandidatus Methanoperedens属のmcrA配列の割合は0.5から8%で、採取地により異なっていた。採取地の水田土壌の特性と本菌の土壌菌密度の関係を明らかにするため、水田土壌の採取地点と採取深のバリエーションを増やして析を進めている。また水稲栽培中の水田における本菌の分布と活性を明らかにするため、水田土壌の作土層上部、作土層下部、鋤床層の単位土壌あたりの嫌気的メタン酸化mcrA遺伝子の数および発現数を調べたところ、遺伝子数は作土層よりすき床層で有意に多い一方、発現数には差が認められなかった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

土壌サンプルの解析数が少なく、同位体を用いた培養実験に取りかかれていないため。

Strategy for Future Research Activity

収集した水田土壌の物理化学性を解析すると共に、それぞれの土壌の嫌気的メタン酸化菌密度の調査を進める。また同位体を用いた水田土壌中の嫌気的メタン酸化量の測定に着手する。