水生植物根圏をプラットフォームとした微生物群集デザイン技術開発と水質浄化への応用

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H02845
• Research Institution: Kitasato University
• Principal Investigator: 清 和成 北里大学, 医療衛生学部, 教授 (80324177)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 井上 大介 北里大学, 医療衛生学部, 准教授 (70448091)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 水生植物根圏 / 遺伝子発現解析 / 微生物群集構造解析 / 水質浄化

Outline of Annual Research Achievements

申請者らは、水生植物根圏に化学物質分解能に長けた微生物が選択的に集積、活性化されていることを明らかにしてきた。また、根圏微生物が水生植物と共生すると、表面付着のための線毛合成等に関わる遺伝子を高発現させていることを明らかにしてきた。
一方、水生植物はその種類や生育条件等に応じて、根圏に集積させる微生物種を選択しており、これを応用すれば、目的に応じて人為的に根圏微生物群を制御した水生植物－根圏微生物共生システムの構築が期待できる。
本研究ではその基盤技術の創出に向け、水生植物が特定の微生物を根圏に集積させようとするメカニズムを、水生植物側の遺伝子発現解析を通して明らかにすることを目的としている。
初年度は、「水生植物根圏にはどのような微生物群集が集積されるのか？」および「各種微生物と共生している際に、水生植物がどのような遺伝子を発現しているのか？」を明らかにする実験を実施した。無菌ウキクサ、コウキクサを環境水サンプルにて栽培し、その根圏からDNAを回収して、16S rRNA遺伝子のPCR-DGGE解析と配列解析によって、水生植物根圏に高頻度で集積される微生物の属種を明らかにした。その結果、無菌ウキクサ、コウキクサを河川水に植栽して1日後には、河川水中の非優占微生物が根圏で高密度に集積していることが確認された。なお、「各種微生物と共生している際に、水生植物がどのような遺伝子を発現しているのか？」を明らかにする実験は、初年度のDNAマイクロアレイスキャナの故障に加え、延長した平成28年度にはDNAマイクロアレイに搭載する遺伝子プローブの密度についてマイクロアレイメーカーから照会があり、マイクロアレイスキャナメーカー（海外メーカー）へ代理店を通して問い合わせをしていたが、その回答に2ヶ月以上の長期間を要し、平成28年度内の納品が不可能となったため、実施できていない。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

初年度にマイクロアレイスキャナ（装置）の不調により、5ヶ月延長したことに引き続き、本年度はマイクロアレイメーカーとマイクロアレイスキャナメーカー間での細かい仕様確認が必要となるなど、研究に使用する水生植物Spirodela polyrrhiza（ウキクサ）の全ゲノムを搭載したDNAマイクロアレイの作成に想定以上に時間がかかり、その発注段階までで年度末を迎えることとなったため。

Strategy for Future Research Activity

実験装置や必要となるマイクロアレイのコンディションがようやく整ったことから、最終年度となる次年度に向けて、当初の目的が達成できるよう計画を練り直す。
具体的には、実験系の組み合わせの数を当初予定より減らすこと（3->2とする。ウキクサの根圏微生物Sphingobium fuliginis OMI株、コウキクサの根圏微生物Acinetobacter calcoaceticus P23株のみとし、Novosphingobium sp. FID3株を対象から外す）、水生植物
や根圏微生物のRNA抽出に、大学で保有する全自動核酸抽出装置を適用することで、試料調整等の効率化を図ること、微生物の遺伝子解析等の実験に経験のある新たな研究分担者の追加（6月以降を予定）などによる。