| Project/Area Number |
24K00747
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 17050:Biogeosciences-related
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
加藤 真悟 国立研究開発法人理化学研究所, バイオリソース研究センター, 上級研究員 (40554548)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 隆 国立研究開発法人理化学研究所, バイオリソース研究センター, 特別嘱託研究員 (80321727)
上野 雄一郎 東京科学大学, 理学院, 教授 (90422542)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2028-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000)
Fiscal Year 2027: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2026: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2025: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
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| Keywords | 硫酸還元 / アーキア / 古細菌 / 原始地球 / 初期生物 / 培養 / 好酸性 / 好熱性 / 初期地球 / 硫黄サイクル |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、系統学的に多様な好酸性硫酸還元菌を分離培養し、それらのゲノム・生育条件および硫黄同位体分別の「幅」を明らかにすることを目的とする。得られた結果に基づいて始原的微生物の代謝および生息環境を復元することで、「初期地球の硫酸酸性熱水環境に、硫酸還元菌が生息していた」という作業仮説を検証する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
硫酸還元能は、全生物の共通祖先（もしくはその近く）にまで遡る始原的な代謝であることが示唆されている。一方、地質学的には３５億年前から硫酸還元菌の活動記録が残されているが、それらの始原的な硫酸還元菌がどのような環境条件下（温度やpH、硫酸濃度など）に生息していたかは不明である。本研究では、系統学的に多様な好酸性硫酸還元菌を分離培養し、それらの生育条件および同位体分別の「幅」を明らかにすることを目的とする。得られた結果に基づいて始原的微生物の代謝および生息環境を復元することで、「初期地球の硫酸酸性熱水環境に、硫酸還元菌が生息していた」という作業仮説を検証する。初年度である2024年度は、国内温泉試料のショットガンメタゲノム解析を実施し、再構築したゲノム配列を解析することで、硫酸還元に関わる遺伝子を有する複数の微生物の存在を示唆した。同試料および別の温泉試料から、新規の硫酸還元菌を合計４株分離培養することに成功し、全ゲノム解析により硫酸還元遺伝子群を有することが示された。また系統解析により、それら４株はすべてアーキアであることがわかった。４株の性状解析により、硫酸を唯一の電子受容体として還元し、硫化水素を発生することがわかった。そのうちの１株の同位体分析により、分別の幅が比較的狭いことが明らかになった。JCMが保有する菌株のゲノム解析により、硫酸還元遺伝子を有する株を８株選び出して復元培養を行った。それら８株全てにおいて、硫酸を唯一の電子受容体とした培養実験により、実際に硫酸還元をして生育し、硫化水素を発生することが示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2024年度は、これまでに採取してきた国内温泉試料のメタゲノム解析により、７１個の高品質ゲノムの再構築に成功した。そのゲノムのいくつかでは、硫酸還元に関与するdsrやapr遺伝子を含むものが含まれていた。好酸性硫酸還元菌を標的とした集積培養により、２株の硫酸還元菌の分離培養に成功した。性状試験により、硫酸を唯一の電子受容体として還元し、硫化水素を生成することが示された。同２株の全ゲノム解析により、これらが硫酸還元遺伝子を有することが明らかになった。また系統解析により、どちらの株もアーキアであることがわかった。これらの成果は国内の研究会にて発表した。２株のうちの１株の硫黄同位体分析により、比較的同位体分別の幅が狭いことが明らかになった。別の温泉地にてサンプリングを実施し、採取した試料をもとに、同様の集積培養を行ったところ、新規の硫酸還元アーキア２株の分離に成功した。全ゲノム解析の結果、硫酸還元遺伝子を有することが示された。JCMが保有する菌株のゲノム解析により、硫酸還元遺伝子を持つ株をピックアップし、そのうちの８株の復元培養を行った。硫酸を唯一の電子受容体とした条件下で培養試験を実施し、すべての株において増殖および硫化水素発生が確認できた。以上の通り、順調に計画通りに研究が進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに獲得できている硫酸還元菌を用いて、栄養源やpH等様々な培養条件下での硫黄同位体分別を調べる。国内の新たな酸性温泉地においてサンプリングを実施する。得られた試料のメタゲノム解析により、硫酸還元能を有するポテンシャルのある微生物の有無を調べ、その系統と生育条件をある程度絞り込む。好酸性硫酸還元菌を標的とした集積培養により、新たな硫酸還元菌の分離培養を試みる。分離できれば、ゲノム・性状解析および同位体分析を行う。JCMで保有する株で、本研究により硫酸還元能が確かめられた株に近縁で、かつゲノム未決定で硫酸還元能がまだ確認できていないものについては、ゲノム決定および硫酸還元能の確認、同位体分析を行う。得られた成果の論文化を目指す。
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