| Project/Area Number |
22K20587
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
0602:Agricultural and environmental biology and related fields
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| Research Institution | National Agriculture and Food Research Organization |
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Principal Investigator |
Ito Koji 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 (70828863)
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| Project Period (FY) |
2022-08-31 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 水田土壌 / 異化的ヒ酸還元酵素遺伝子 / メタトランスクリプトーム / 黒ボク土 / 土壌RNA / 鉄還元細菌 / 硫酸還元細菌 / ヒ素 / 水田 / 土壌微生物学 |
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| Outline of Research at the Start |
コメを生産する水田は還元条件であるため、土壌中のヒ素(As)がイネに吸収されやすい亜ヒ酸(As(III))へ変化する。しかしAs(III)の生成と溶出が土壌により異なる要因は、土壌理化学性から十分説明できない。それは、As動態への土壌微生物の寄与が大きいためである。しかし日本の水田土壌中でAs動態に関与する微生物群集構造やAs代謝遺伝子の機能レベルは分かっていない。本申請研究では日本全国の水田土壌の微生物群集構造解析とAs代謝遺伝子発現解析から、還元条件下でのAs(III)溶出の決定因子と作用機序を明らかにすることを目的とする。
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| Outline of Final Research Achievements |
In this study, total RNA was extracted from Japanese paddy soils with different levels of dissolved As under flooded conditions, and the transcription of As metabolic genes (arrA, ttrA and arsM) was analyzed via a metatranscriptomic approach. The results showed that ttrA was the predominant respiratory As(V) reductase gene transcribed in these soils rather than arrA, suggesting that ttrA contributes to the reductive dissolution of As. The predominant taxa expressing ttrA differed among soils but were mostly associated with genera known for their iron and/or sulfate reduction activity. In addition, a wide variety of microorganisms were found to express and upregulate arsM approximately 5.0- to 13.2-fold at 9 d compared to 3 d of incubation under flooded conditions in flasks. These results serve as a proxy for the microbial activity involved in the geochemical cycling of As in Japanese paddy soils and could provide useful information for predicting the risk of As contamination in rice.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究では日本の水田土壌中で土壌溶液中Asの供給源となり得る異化的As(V)還元酵素遺伝子として、これまで世界的に研究されてきたarrAではなく、ttrAが高度に転写されていることを見出した。ttrAを発現する微生物は鉄あるいは硫酸還元細菌として知られるグループであることが明らかとなった。また、As呼吸によってAs(III)が蓄積したタイミングで多様な微生物がAs(III)メチル化遺伝子arsMを発現することが明らかとなった。これらの結果は国内の水田においてAsの生物地球化学的循環を駆動する微生物の指標を与えるものであり、将来的にコメのヒ素汚染リスクを予測する上で有用な情報となる。
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