How many microbial species and how much value do forests and grasslands include? - Based on plants-associated microbe

Publicly Offered Research

Project Area	Digital biosphere: integrated biospheric science for mitigating global environment change
Project/Area Number	22H05709
Research Category	Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
Allocation Type	Single-year Grants
Review Section	Transformative Research Areas, Section (IV)
Research Institution	University of Tsukuba
Principal Investigator	田中健太筑波大学, 生命環境系, 准教授 (80512467)
Project Period (FY)	2022-06-16 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000) Fiscal Year 2023: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000) Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywords	森林 / 草原 / 遺伝資源 / 植物共生微生物 / 経済価値
Outline of Research at the Start	植物共生微生物に着目することで、特定の地域生態系内に何種の微生物が生息し、何円の遺伝資源価値があるのか、世界で初めて地域レベルで可視化することに挑む。長野県・菅平高原の森林・草原で、様々な季節・多地点で、多種植物の葉・枯葉・根からDNAメタバーコーディングで真菌・細菌を網羅的に検出する。ホスト植物種・植物器官・空間距離・環境要因や景観指標が微生物群集の異質性に与える効果を定量してモデル化することで、調査地内の微生物多様性を地域全体に外挿する。また、検出された共生微生物一部の抗微生物活性を実測し、既知パラメーターを組み込むことで、地域の微生物多様性が潜在的に持つ遺伝資源価値（円）を算定する。
Outline of Annual Research Achievements	長野県・菅平高原（約45km2）を対象地域とした。この地域内でスキー場の草原及びそこに隣接する森林の計18地点を選定した。草原・森林の維管束植物200種以上を対象に5器官（根圏土壌・根・枯葉・葉・繁殖器官）の採集を行った（計約1000サンプル）。真菌はITSプライマー、細菌は16Sプライマーを用いて次世代シーケンサー MiSeq（イルミナ社）によるDNAメタバーコーディングを行う準備を進めた。調査地点には1×20 mのトランセクトを設置し、出現する維管束植物種と環境要因（地形・pH・地質）を記録した。これらの植物から25の真菌株を分離培養して2種の培地を用いて発酵生産を行い、検定生物として真菌2種・細菌4種に発酵生産物を供試して抗微生物活性を評価することができた。遺伝資源価値を生態系レベルに積み上げる式を用いることで、ある植物群集が与えられたときに、そこに共生している微生物の多様性と遺伝資源価値を推定できる。ここに、微生物群集の支配要因として植物ホスト・植物器官・空間距離・季節・環境要因・植物形質の効果を入れることで、これらの要因による微生物多様性の増加曲線をモデル化して組み込み、より広い面積の地域生態系レベルでの微生物多様性と遺伝資源価値を推定できる。そのモデル化手法を検討した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 森林・草原の計20地点で植物100種×3機関をサンプリングする計画のところ、18地点で200種以上×5器官（根圏土壌・根・枯葉・葉・繁殖器官）のサンプリングを行った。DNAメタバーコーディングはまだ行えていないがDNA抽出の準備は進んでおりDNAメタバーコーディングの予備解析は終わっている。植物試料から予定通り25菌株の分離を行って抗菌活性を評価した。
Strategy for Future Research Activity	野外調査・採集についてはこれまで通りのペースで進めていく。DNA抽出とDNAメタバーコーディングの進展を急ぐ。植物共生菌の抗菌活性については真菌だけでなく放線菌も用いて評価していく。