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細菌を細胞小器官とする窒素固定藻類の創製

Publicly Offered Research

Project Area"Matryoshka"-type evolution of eukaryotes
Project/Area Number 24117519
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Biological Sciences
Research InstitutionTokyo Metropolitan University

Principal Investigator

春田 伸  首都大学東京, 理工学研究科, 准教授 (50359642)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2014-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2013)
Budget Amount *help
¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000)
Fiscal Year 2013: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2012: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Keywords微生物 / 進化 / 窒素固定
Research Abstract

窒素固定細菌と緑藻の共生系を確立し、その共生機構を物質やエネルギーの授受に注目して解析した。可溶性窒素化合物欠乏条件で緑藻の生育を促進する窒素固定細菌として、シアノバクテリア、好気従属栄養性細菌、紅色非硫黄光合成細菌が有効であることが分かった。ただし、それぞれが効果を発揮できる条件は異なっており、その違いから共生関係成立のための要素を抽出することができた。シアノバクテリアの場合と異なり、好気従属栄養性細菌や紅色非硫黄光合成細菌との共生系には、有機炭素を補助的に添加することが必要であった。これら窒素固定細菌が細胞外に遊離するアンモニア量は限られていると考えられるため、種間の効率的な窒素源の授受には、細胞同士の近接が重要であることが示唆された。二種培養系において、緑藻の細胞周囲に窒素固定細菌が集合している様子が観察されている。さらに、菌体を通さない膜で隔てた二槽培養装置を用いて、二種を隔離して培養したところ、緑藻はその膜上に張り付いて生育したことからも細胞の近接が重要であると考えられた。また、緑藻と共培養することでシアノバクテリアの窒素固定に関わる酵素(ニトロゲナーゼ)の活性が上昇することが観察された。
このようにして得られた共生関係に関する知見をもとに、両者の細胞数変化を数理モデルを利用して解析した。分裂速度を、最大分裂速度、基質利用特性、生産能力(炭酸固定や窒素固定)、死滅速度、炭素や窒素の他種への供給能をもとに記述することで、両者の関係を示すことができた。これをもとに共生が成立するための条件、すなわち生育速度および生産能力等のバランスがとれた状態、を抽出することができた。

Current Status of Research Progress
Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2013 2012 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (9 results) (of which Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Challenges for Complex Microbial Ecosystems: Combination of Experimental Approaches with Mathematical Modeling2013

    • Author(s)
      Haruta, S., T. Yoshida, Y. Aoi, K. Kaneko and H. Futamata
    • Journal Title

      Microbes and Environments

      Volume: 28 Issue: 3 Pages: 285-294

    • DOI

      10.1264/jsme2.ME13034

    • NAID

      10031191411

    • ISSN
      1342-6311, 1347-4405
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Diversity of Purple Phototrophic Bacteria, Inferred from <i>pufM</i> Gene, within Epilithic Biofilm in Tama River, Japan2012

    • Author(s)
      Hirose, S., K. Matsuura, S. Haruta
    • Journal Title

      Microbes and Environments

      Volume: 27 Issue: 3 Pages: 327-329

    • DOI

      10.1264/jsme2.ME11306

    • NAID

      10030869748

    • ISSN
      1342-6311, 1347-4405
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 単細胞性シアノバクテリアに細胞凝集を誘導する従属栄養性細菌の探索2013

    • Author(s)
      川合瑞希、松浦克美、春田伸
    • Organizer
      日本農芸化学会 2013年度大会
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      2013-03-25
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 紅色光合成細菌の飢餓生残に関わる光照射効果の網羅的転写解析2013

    • Author(s)
      菅野菜々子、松浦克美、春田伸
    • Organizer
      第29回日本微生物生態学会
    • Place of Presentation
      鹿児島
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Symbiotic relationship between green algae and N2-fixing bacteria2013

    • Author(s)
      春田伸
    • Organizer
      第2回マトリョーシカ型生物学研究会
    • Place of Presentation
      京都
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] シアノバクテリア(藍藻)における再分類 ―その必要性と問題―2012

    • Author(s)
      春田伸
    • Organizer
      第32回 日本微生物系統分類研究会年次大会
    • Place of Presentation
      つくば
    • Year and Date
      2012-11-16
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Metabolic characteristics of the effect of light on the survivability of purple photosynthetic bacteria under carbon starvation conditions2012

    • Author(s)
      広瀬節子、松浦克美、春田伸
    • Organizer
      第28回日本微生物生態学会
    • Place of Presentation
      豊橋
    • Year and Date
      2012-09-20
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Driving force behind speciation of thermophilic cyanobacteria in hot spring microbial mats2012

    • Author(s)
      Haruta, S., M. Kawai and K. Matsuura
    • Organizer
      14th International Symposium on Microbial Ecology
    • Place of Presentation
      Copenhagen (Denmark)
    • Year and Date
      2012-08-19
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 微生物エコシステムにおける分布パターンの形成と制御

    • Author(s)
      春田伸
    • Organizer
      首都大学東京数電機シンポジウム「Mathematics in the Real world 5」
    • Place of Presentation
      八王子
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 微生物エコシステムの形成と多様性維持の機構

    • Author(s)
      春田伸
    • Organizer
      京都駅前セミナー「非線形現象の数理を考える」
    • Place of Presentation
      京都
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Metabolomic analysis of purple photosynthetic bacteria under carbon starvation conditions

    • Author(s)
      Kanno, N., K. Matsuura and S. Haruta
    • Organizer
      首都大学東京生命情報研究センター国際コンファレンス
    • Place of Presentation
      八王子
    • Related Report
      2013 Annual Research Report

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Published: 2013-05-15   Modified: 2019-07-29  

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