根圏放線菌の化学物質を介した植物根への集積機構の解明

Research Project

Project/Area Number	23K05002
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 38020:Applied microbiology-related
Research Institution	Tsuruoka National College of Technology
Principal Investigator	大橋菜摘 (斎藤菜摘) 鶴岡工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (50287546)
Project Period (FY)	2023-04-01 – 2026-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000) Fiscal Year 2025: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000) Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000) Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywords	放線菌 / クマリン / 植物根圏微生物 / 未培養微生物 / 微生物分離技術 / 植物生育有用菌 / 植物根圏 / 微生物集積 / 植物代謝物質
Outline of Research at the Start	本研究は、放線菌の植物根圏への集積機構の解明を目的とする。植物根近傍の根圏と呼ばれる領域は、植物が分泌する代謝物を増殖に利用する特徴的な微生物が集まっている。しかし、化学物質を介した微生物の植物根への集積機構には不明なことが多い。我々は、植物代謝物質を用いて選択的に根圏放線菌を集積する実験系を開発している。本実験系を用いた放線菌の集積実験を実施し、植物根への微生物集積機構を明らかにする。目的の達成により植物根圏から特徴的な機能を持つ放線菌群を収集することが可能になり、植物と微生物の相互作用を利用した新たな有用菌スクリーニング法の提案に発展する。
Outline of Annual Research Achievements	本研究は、未培養微生物の分離と利活用に向けて放線菌の植物根圏への集積機構の解明を目的とする。環境中の微生物のうち99%以上は分離、培養ができていない未培養微生物として存在し、これら未利用資源を発掘し利用促進することは持続可能社会実現のための重要課題である。植物根近傍の根圏と呼ばれる領域は、植物が分泌する代謝物を増殖に利用する特徴的な微生物が集積するため、未培養微生物の探索源になりうる。実際に放線菌は植物根圏に高密度に存在することが知られているが、その集積メカニズムが不明である。我々は、特定の植物分泌物を蓄積する土壌環境からその物質の代謝系を持つ特徴的な放線菌を分離した経緯から、放線菌が植物代謝物に誘引されて植物根に集積する機構を持つのではないかと考えた。本研究では、放線菌の化学物質を介した植物根への集積メカニズムを明らかにすることが目的である。本研究課題の開始に先立って、植物代謝物に選択的な放線菌の集積が期待できる独自の微生物集積システムを考案した。この集積系は、閉鎖系の容器の中に土と放線菌を入れて植物を栽培し、そこに任意の植物代謝物等の物質を添加することで植物代謝物に選択的な放線菌を分離しようとするものである。本実験系が機能すれば、閉鎖系内の植物根を釣り糸にして様々な代謝物等に特異的な未培養放線菌のスクリーニングや分離が期待できる。 R5年度はこの実験系の有効性を検証するため、植物代謝物としてクマリンを用い、あらかじめ植物根圏から分離した20種類のラボストック放線菌混合物を対象に3回の集積実験を実施してデータをまとめた。これまでに、考案した実験系で1ヶ月で程度培養することで、土壌中の放線菌を植物根で釣り上げることが可能なことがわかり、代謝物に誘引される放線菌が存在すれば本集積系で分離できる可能性が示唆された。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 1.植物根と植物代謝物を用いて構築した微生物集積システムによる放線菌の集積（2023-2024年度を予定）。植物代謝物としてクマリンを用い、あらかじめ植物根圏から分離した20種類のラボストック放線菌混合物を対象に3回の集積実験を実施してデータをまとめた。 2.集積放線菌の代謝系（資化、分解）の特徴解明による集積効果の裏付け（2023-2024年度を予定）。3回の集積実験で分離した放線菌約30コロニーについて、クマリンの資化性を調査し、集積効果と代謝系の関連を考察した。 3.放線菌の化学物質への誘引現象をin vitro試験で検証（2024年度予定）。準備中。 4.植物と放線菌の化学物質を介した相互作用を利用したスクリーニングへの展開（2025年度予定）。未着手。
Strategy for Future Research Activity	R5年度では、独自の実験系の有効性を検証するため、植物代謝物としてクマリンを用い、あらかじめ植物根圏から分離した20種類のラボストック放線菌混合物を対象に実験を実施した。3回の実験の集計を行った結果、土壌中の放線菌を植物根で釣り上げることが可能になったが、用いたクマリンに特異的な放線菌の分離には至らなかった。理由として、用いたラボストック放線菌の種類が少なかったことや類似していたことにより、集積する菌が含まれていないか分離後の菌の特定が難しくなったなど、試験対象のサンプルの問題が考えられた。 R6年度は、次の計画を実施して微生物集積システムの有効性を明らかにする。試験に供するサンプルについて、１）放線菌以外の化学走化性が知られる菌を利用して本集積系の効果を検証する。２）特定の代謝物を資化する放線菌を単独で用いて集積効果を検証する。３）ラボストック混合物から環境サンプルに変更し、R7年度に予定していたスクリーニングを先行して実施する。上記の検証を実施し、放線菌の集積系をブラッシュアップして未知の環境菌から化学物質に特異的に集積する菌が取得可能なことを明らかにしていく予定である。