2017 Fiscal Year Annual Research Report
Visualization of the metabolic and physiological potential of microbial community in farmland
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15KT0039
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| Research Institution | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
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Principal Investigator |
高見 英人 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海底資源研究開発センター, 上席研究員 (70359165)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
豊田 敦 国立遺伝学研究所, 生命情報研究センター, 特任教授 (10267495)
磯部 一夫 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 助教 (30621833)
竹本 和広 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 准教授 (40512356)
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| Project Period (FY) |
2015-07-10 – 2018-03-31
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| Keywords | 農耕地土壌 / 森林土壌 / 微生物生態系 / メタゲノム解析 / 機能ポテンシャル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
物質循環プロセスが微生物の多彩な代謝能によって駆動されていることに着目し、微生物生態系のメタゲノム情報から農耕地・森林土壌の物質循環能を可視化することが、本研究課題の目的である。
まず、熊本、東京、山形の各都県6箇所で3回ずつ採取された18土壌サンプルからメタゲノム解析用のDNA抽出、配列決定を行い、得られた300万配列を独自に開発した生理・代謝機能評価システム(MAPLE)に供試した。これにより得られた約730種類のKEGGモジュールに対する充足率、アバンダンス、リボソームタンパク質に基づく菌叢組成等をもとに非計量多次元尺度構成法(NMDS)を用いて解析した。その結果、菌叢、アバンダンスとも水田と畑地が有意な検定結果をもって差別化された。また、水田はアンモニアと畑地は硝酸濃度と強い相関を示し、東京と熊本は水田、畑地を問わず菌叢、アバンスのパターンが極めて類似していた。また、アバンダンスに基づく正準相関分析では、酸性を感知する2生物制御系、セロビオース輸送システム、イノシン一リン酸塩の合成等が畑地との相関が強く、リン酸塩輸送システム、C10-C20イソプレノイド合成などが水田との強い相関を示した。
次に、北海道から沖縄に至る人工林20、天然林20サンプル(計40)のメタゲノム配列を農耕地土壌と同様に解析したところ、バクテリアの菌叢は主にProteobacteria、Acidobacteria、Actinobacteria、Firmicutes門に属する菌種によって構成され、菌叢組成は土壌のpHと相関を示した。また、天然林の土壌は低pH、人工林は高pHの傾向があり、NMDSによる統計解析の結果からも支持された。また、MAPLEで得られた各モジュールアバンダンスに基づくNMDS解析でも菌叢組成と同様に土壌pHとの相関が支持され、低pHは天然林、高pHは人工林という傾向を示した。
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