有孔虫―共生藻―共生細菌類の三者共生系に外部ストレスが及ぼす影響の解明

• Project/Area Number: 22KJ3176
• Project/Area Number (Other): 21J01011 (2021-2022)
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Multi-year Fund (2023); Single-year Grants (2021-2022)
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 17050:Biogeosciences-related
• Research Institution: The University of Tokyo (2023); National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (2021-2022)
• Principal Investigator: 前田 歩 東京大学, 大気海洋研究所, 特任助教
• Project Period (FY): 2023-03-08 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 大型底生有孔虫 / サンゴ礁 / 共生藻 / 褐虫藻 / 環境ストレス / 環境DNA / メタバーコーディング解析 / 共生

Outline of Research at the Start

サンゴ礁に生息する大型底生有孔虫(LBF)は過去・現在の環境を反映する代替指標として研究が進められている。LBFは生存に不可欠な藻類・細菌類と共生するが、共生関係のストレス耐性を理解することで、現在の生態系の環境閾値の把握できる他、LBFの代謝異常が悪影響を及ぼす古環境代替指標の高精度化に役立つ。そこで、
1)共生藻とLBF本体を分離し、分解酵素の生産者がどちらなのかを解明する。
2)LBF無性生殖個体を高温・強光ストレス下で飼育し、共生藻・細菌群集の構成がよりストレス耐性の高い種主体になるかどうかを分子生物学的手法で定量的に解析する。また、野外採取個体における共生藻・共生細菌群集を検証する。

Outline of Annual Research Achievements

大型底生有孔虫（LBF）・共生藻・共生細菌の三者共生系を、物質供給と環境ストレス耐性の観点から明らかにするために、1)LBFにおける分解酵素生産者の解明、2)高温・強光条件下での共生微生物群集の変化の検証を行うものである。今年度は昨年度までに実施した調査結果の解析を実施した。なお、褐虫藻はサンゴなどに共生する渦鞭毛藻である。
これまでの解析から、褐虫藻を共生させているSoritinae亜科の有孔虫は、サンゴ礁の浅い礁地では多様性に乏しい褐虫藻組成を示した。しかし、外洋に面する礁斜面より深い深度（＞9 m）に生息する有孔虫はより多様で礁地では見られない褐虫藻を主とする組成を示した。浅い礁地での多様性に乏しい褐虫藻組成は、１）沖縄島10地点および久米島、２）無性生殖個体（親個体から直接褐虫藻を受け継ぐ）でも有性生殖個体（環境中から褐虫藻を取り込む可能性が高い）でも共通であった。したがって、光量、水温、塩分などの変動が大きな浅い礁地に特化した褐虫藻組成に収束している可能性がある。
また、無性生殖個体を用いて水温や光条件を操作した実験により、LBFは環境条件に適応して細胞内の褐虫藻組成を変化させることが示唆された。しかし、環境中から新たな褐虫藻を取り込むのではなく既存の褐虫藻の割合を変化させている可能性が高い。
また、LBFの集団遺伝解析から、浅い礁地では礁斜面よりも遺伝的多様性が低い可能性が提示された。浅い礁地が地形的に外洋から隔離されやすく外部からの流入が制限されること以外に、礁地と礁斜面以深では、無性生殖と有性生殖の頻度が異なっている可能性もある。
LBF表層の微生物網羅的解析から、藍藻類のほか、色素などの生産を行う微生物が大きな割合を占めることが明らかになった。今後はこれらの微生物が生産する物質が直接的にLBFへ利益をもたらしているのかを明らかにする必要がある。

Research Products

• [Journal Article] Environmental DNA metabarcoding of foraminifera for biological monitoring of bottom water and sediments on the Takuyo-Daigo Seamount in the northwestern Pacific (2024)
  • Author(s): Maeda Ayumi、Nishijima Miyuki、Iguchi Akira、Ota Yuki、Suzumura Masahiro、Suzuki Atsushi
  • Journal Title: Frontiers in Marine Science Volume: 10
  • DOI: 10.3389/fmars.2023.1243713
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Seasonal variation of fluxes of planktic foraminiferal tests collected by a time-series sediment trap in the central Bay of Bengal during three different years (2022)
  • Author(s): Maeda Ayumi、Kuroyanagi Azumi、Iguchi Akira、Gaye Birgit、Rixen Tim、Nishi Hiroshi、Kawahata Hodaka
  • Journal Title: Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers Volume: 183 Pages: 103718-103718
  • DOI: 10.1016/j.dsr.2022.103718
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 北西太平洋拓洋第5海山における底層水および堆積物の有孔虫の環境 DNA メタバーコーディング解析 (2024)
  • Author(s): 前田 歩、西島 美由紀、井口 亮、太田雄貴、鈴村 昌弘、鈴木 淳
  • Organizer: 2023 年度 微古生物標本資料センター(MRC)研究集会
• [Presentation] Semi-monthly change of biological communities in sinking particles with Lugol's solution for preservation in the oligotrophic northwest Pacific Ocean (2023)
  • Author(s): A. Maeda, M. Nishijima, A. Iguchi, A. Suzuki, S. Kondo, A. Tsukasaki, M. Suzumura, and H. Kamoshida
  • Organizer: AGU Fall Meeting 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Temporal variation of the molecular-based microbial communities in particulate organic matter collected using a sediment trap with Lugol preservation in the northwestern Pacific (2023)
  • Author(s): A. Maeda, M. Nishijima, A. Iguchi, A. Suzuki, S. Kondo, and J. Minatoya
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting2023
• [Presentation] Depth-influenced variation of symbiont relationship between large benthic foraminifera and Symbiodiniaceae (2023)
  • Author(s): Ayumi Maeda, Kohei Hamamoto, Miyuki Nishijima, Akira Iguchi, and Atsushi Suzuki
  • Organizer: FORAMS2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 大型底生有孔虫Amphisorus kudakajimensisにおける共生褐虫藻組成への生息深度の影響の解明 (2023)
  • Author(s): 前田歩、濱本耕平、西島美由紀、井口亮、鈴木淳
  • Organizer: マリンバイオテクノロジー学会大会
• [Presentation] 環境指標としての有孔虫と分子生物学的手法の応用例 (2022)
  • Author(s): 前田 歩
  • Organizer: 第8回地球環境史学会年会
  • Invited
• [Presentation] Environmental DNA metabarcoding of foraminifera for biological monitoring of seawater and sediments (2022)
  • Author(s): Ayumi Maeda, Miyuki Nishijima, Akira Iguchi, Atsushi Suzuki, Jumpei Minatoya
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2022
• [Presentation] Calcification depths of planktic foraminifers constrained using geochemical signatures in the sediment trap samples collected from the Bay of Bengal (2021)
  • Author(s): Maeda, A., Kuroyanagi, A., Yoshimura, T., Gaye, B., Rixen, T., Suzuki, A., and Kawahata H.
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2021