表面分析法による菌根における炭素・窒素・水素の細胞輸送と循環解析

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17H03784
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 久我 ゆかり 広島大学, 総合科学研究科, 教授 (30232747)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 坂本 直哉 北海道大学, 創成研究機構, 助教 (30466429) ; 勝山 千恵 広島大学, 総合科学研究科, 助教 (10580061) ; 長谷川 巧 広島大学, 総合科学研究科, 助教 (20508171)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 菌根 / 安定同位体トレーサー / SIMS / 凍結法 / 微細構造 / 土壌微生物 / 顕微ラマン分光法

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，植物と真菌の共生である菌根において、炭素、窒素、水素の共生者間－組織内輸送および環境との循環を、細胞小器官レベルでの局在解析手法を中心に明らかにすることを目的としている。
課題Ⅰ「表面分析法における試料調整法の影響評価」では，凍結試料を用いた安定同位体トレーサーの二次イオン質量分析法（SIMS）の開発に取り組んだ。高真空装置で凍結試料を測定するために，試料側として凍結法，表面作成法など，また，機械的には試料輸送・導入法，凍結ステージの開発，さらに測定法などの検討を行った。同位体で標識した菌根組織を用い，凍結試料からの同位体画像の取得に成功した。生細胞における安定同位体測定法の検討では，細胞内の同位体標識リン酸を与えた真菌液胞内のポリリン酸の動態・分布を顕微ラマン散乱の手法を用いて明らかにすることを目指し，測定手法の確立に取り組んだ。
課題Ⅱ「同位体分子情報」では，ランの共生発芽プロトコームにおける窒素化合物の輸送について，13Cと15Nで標識されたアルギニン，酢酸，重水などによる多重標識を行い，有機・無機態窒素ともに輸送される可能性を明らかにした。また，アーバスキュラー菌根において，加圧凍結―凍結置換法を用いた輸送物質の推定について検討を行った。
課題Ⅲ「物質輸送と循環」では，アーバスキュラー菌根における物質輸送を，同位体トレーサーの微細構造局在解析により明らかにするため，同一試料を用いた透過型電子顕微鏡-SIMS法解析法を確立した。また，アーバスキュラー菌根における水輸送を解析するため，菌糸のみにトレーサーを与える培養系の検討を行った。土壌生態系における元素循環では温度ストレスを与えた土壌中の菌糸圏微生物の動態解析法が確立し，特徴的な微生物群を見出した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

課題Ⅰの凍結SIMS分析法について，凍結分析面作製－凍結試料輸送－SIMS凍結測定の主要な工程がほぼ確立し，大きく進展した。また，データ取得の成否に関わる問題点を絞り込んだ。ラマン分光法では，対象スペクトルの観察に用いる支持基板の検討，同位体標識された試薬を用いラマンスペクトルのシフトを検出し，液胞内ポリリン酸の観察モデル系として酵母を用いた生体分析の検討に進んでいる。
課題Ⅱでは，ランの共生系における窒素分子輸送について結果が得られたことから大きく進展した。また，菌に与えた酢酸およびアルギニン由来の炭素が植物細胞に渡された後，異なる構造に集積することなど，新規の情報が得られた。
課題Ⅲでは，菌根における同位体トレーサーの微細構造レベルでの局在解析が，生態系内循環解析では温度ストレスをかけた土壌中の菌糸圏微生物変動解析が，それぞれ進んだ。アーバスキュラー菌根の菌糸ラベルのための培養法についてはほぼ確立した。

Strategy for Future Research Activity

課題Ⅰにおいては，測定用試料の作成法の検討を進め，データ取得の良否および安定性，また対応する構造情報の取得の問題に取り組む。ラマン分光においては，生体試料の特徴による問題回避のために必要であれば，できるだけ生体に近い状態での細胞試料内のポリリン酸測定を目指す。
課題Ⅱにおいては，凍結置換法による分子種の推定の解析を進めるとともに，ToF-SIMS法による測定について検討する。
課題Ⅲではアーバスキュラー菌根の微細構造レベルの炭素輸送の解析を進める。また，新培養系を用い，窒素および水素輸送の解析のためのラベル法の検討に着手する。元素循環解析では，菌糸圏で起こる土壌微生物群集変動の起点について，遺伝子発現解析から絞り込みを行う。

Research Products

• [Int'l Joint Research] キュリー研究所(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: キュリー研究所
• [Int'l Joint Research] フリブール大学(スイス)
  • Country Name: SWITZERLAND
  • Counterpart Institution: フリブール大学
• [Journal Article] Mg lattice diffusion in iron-free olivine and implications to conductivity anomaly in the oceanic asthenosphere. (2018)
  • Author(s): Fei, H., Koizumi, S., Sakamoto, N., Hashiguchi, M., Yurimoto, H., Marquardt, K., Miyajima, N. and Katsura, T.
  • Journal Title: Earth Planet. Sci. Lett. Volume: 484 Pages: 204-212
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2017.12.020
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Negative activation volume of oxygen self-diffusion in forsterite. (2018)
  • Author(s): Fei, H., Wiedenbeck, M., Sakamoto, N., Yurimoto, H., Yoshino, T., Yamazaki, D. and Katsura, T.
  • Journal Title: Physics of the Earth and Planetary Interiors Volume: 275 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1016/j.pepi.2017.12.005
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Corrigendum to “On progress and rate of the peritectic reaction Fo+SiO2→En in natural andesitic arc magmas” (2018)
  • Author(s): Zellmer, G.F., Sakamoto, N., Matsuda, N., Iizuka, Y., Moebis, A. and Yurimoto, H.
  • Journal Title: Geochim. Cosmochim. Acta Volume: 220 Pages: 552-553
  • DOI: 10.1016/j.gca.2017.09.043
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Origin and implications of troilite-orthopyroxene intergrowths in the brecciated diogenite Northwest Africa 7183 (2018)
  • Author(s): Zhang, A.-C., Bu, Y.-F., Pang, R.-L., Sakamoto, N., Yurimoto, H., Chen, L.-H., Gao, J.-F., Du, D.-H., Wang, X.-L. and Wang, R.-C.
  • Journal Title: Geochim. Cosmochim. Acta Volume: 220 Pages: 125-145
  • DOI: 10.1016/j.gca.2017.09.051
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Crystal growth and disequilibrium distribution of oxygen isotopes in an igneous Ca-Al-rich inclusion from the Allende carbonaceous chondrite. (2018)
  • Author(s): Kawasaki, N., Simon, S.B., Grossman, L., Sakamoto, N. and Yurimoto, H.
  • Journal Title: Geochim. Cosmochim. Acta Volume: 221 Pages: 318-341
  • DOI: 10.1016/j.gca.2017.05.035
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Retreat from Stress: Rattling in a Planar Coordination. (2018)
  • Author(s): K. Suekuni, C. H. Lee, H. I. Tanaka, E. Nishibori, A. Nakamura, H. Kasai, H. Mori, H. Usui, M. Ochi, T. Hasegawa, M. Nakamura, S. Ohira-Kawamura, T. Kikuchi, K. Kaneko, H. Nishiate, K. Hashikuni, Y. Kosaka, K. Kuroki, and T. Takabatake,
  • Journal Title: Adv. Mater. Volume: 30 Pages: 1706230/1-6
  • DOI: https://doi.org/10.1002/adma.201706230
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of rattling motion without cage structure on lattice thermal conductivity in LaOBiS2-xSex (2018)
  • Author(s): Lee C. H.、Nishida A.、Hasegawa T.、Nishiate H.、Kunioka H.、Ohira-Kawamura S.、Nakamura M.、Nakajima K.、Mizuguchi Y.
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 112 Pages: 023903 - 023903
  • DOI: https://doi.org/10.1063/1.5010373
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] High-pressure Raman study on the superconducting pyrochlore oxide Cd2Re2O7 (2018)
  • Author(s): Y. Matsubayashi, T. Hasegawa, N. Ogita, J. Yamaura, Z. Hiroi,
  • Journal Title: Physica B Volume: 536 Pages: 600 - 603
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.physb.2017.10.030
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Formation of an ultracarbonaceous Antarctic micrometeorite through minimal aqueous alteration in a small porous icy body. (2017)
  • Author(s): Yabuta, H., Noguchi, T., Itoh, S., Nakamura, T., Miyake, A., Tsujimoto, S., Ohashi, N., Sakamoto, N., Hashiguchi, M., Abe, K.-i., Okubo, A., Kilcoyne, A.L.D., Tachibana, S., Okazaki, R., Terada, K., Ebihara, M. and Nagahara, H.
  • Journal Title: Geochim. Cosmochim. Acta Volume: 214 Pages: 172-190
  • DOI: 10.1016/j.gca.2017.06.047
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Variation of mineralogy and organic material during the early stages of aqueous activity recorded in Antarctic micrometeorites. (2017)
  • Author(s): Noguchi, T., Yabuta, H., Itoh, S., Sakamoto, N., Mitsunari, T., Okubo, A., Okazaki, R., Nakamura, T., Tachibana, S., Terada, K., Ebihara, M., Imae, N., Kimura, M. and Nagahara, H.
  • Journal Title: Geochim. Cosmochim. Acta Volume: 208 Pages: 119-144
  • DOI: 10.1016/j.gca.2017.03.034
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The lunar magma ocean volatile signature recorded in chlorine-rich glasses in KREEP basalts 15382 and 15386. (2017)
  • Author(s): Greenwood, J.P., Sakamoto, N., Itoh, S., Warren, P.H., Singer, J.A., Yanai, K. and Yurimoto, H.
  • Journal Title: Geochem. J. Volume: 51 Pages: 105-114
  • DOI: 10.2343/geochemj.2.0453
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Evidence for the solar wind in lunar magmas: A study of slowly cooled samples of the Apollo 12 olivine basalt suite (2017)
  • Author(s): Singer, J.A., Greenwood, J.P., Itoh, S., Sakamoto, N. and Yurimoto, H.
  • Journal Title: Geochem. J. Volume: 51 Pages: 95-104
  • DOI: 10.2343/geochemj.2.0462
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Occurrences, abundances, and compositional variations of cosmic symplectites in the Acfer 094 ungrouped carbonaceous chondrite. (2017)
  • Author(s): Abe, K., Sakamoto, N., Krot, A.N. and Yurimoto, H.
  • Journal Title: Geochem. J. Volume: 51 Pages: 3-15
  • DOI: 10.2343/geochemj.2.0454
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis of anharmonicity on tetrahedrites Cu12X4S13 (X=As and Sb) (2018)
  • Author(s): T. Hasegawa
  • Organizer: Emergent Condensed-Matter Physics 2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 13C-tracers added to hyphae resulted in different destinations of host organelles in orchid symbiotic protocorms. 9th International conference on mycorrhiza (2017)
  • Author(s): KUGA, Y., N. Sakamoto, K. Nagata, H. Yurimoto, and C. Katsuyama
  • Organizer: 9th International conference on mycorrhiza
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] TEM-SIMSを用いた13CO2ラベル実験によるアーバスキュラー菌根菌内生細菌への炭素輸送解析TEM-SIMSを用いた13CO2ラベル実験によるアーバスキュラー菌根菌内生細菌への炭素輸送解析TEM-SIMSを用いた13CO2ラベル実験によるアーバスキュラー菌根菌内生細菌への炭素輸送解析 (2017)
  • Author(s): 久我ゆかり・T.-D. Wu・J.-L. Guerquin-Kern・永田 康祐・坂本直哉・圦本尚義・勝山千恵
  • Organizer: 環境微生物系学会合同大会2017
• [Presentation] Trichoderma harzianumを含有する土壌改良資材と温水処理との併用による白紋羽病菌の衰退および両菌のPCR-DGGE法による検出 (2017)
  • Author(s): 髙橋真秀・勝山千恵・蔦木康徳・久我ゆかり・中村仁
  • Organizer: 平成29年度日本植物病理学会
• [Presentation] 白紋羽病菌と菌糸圏から分離された微 生物間の相互作用における温度の影響 (2017)
  • Author(s): 于遥 ・田森悠美・勝山千恵・中 村仁・久我ゆかり
  • Organizer: 平成29年度日本植物病理学会
• [Presentation] 実験的低温化温水処理における白紋羽 病菌菌糸圏細菌および真菌群集の変動解析 (2017)
  • Author(s): 田森悠美・勝山千恵・于遥・ 中村仁・久我ゆかり
  • Organizer: 平成29年度日本植物病理学会
• [Presentation] Elucidation of hybrid N2O formation mechanisms by Nitrosomonas strains using an 15N tracer technique. (2017)
  • Author(s): Chie Katsuyama, Mako Kanno, Akihiko Terada, Keisuke Koba, Yukari Kuga, Lisa Y. Stein, Martin G. Klotz, Yuichi Suwa
  • Organizer: the 5th International Conference on Nitrification and Related Processes
• [Presentation] 定法および低温温水処理後の白紋羽病菌菌糸圏における細菌および真菌群集のDGGE解析 (2017)
  • Author(s): 田森悠美・山田博之・勝山千恵・井上幸次・江口直樹・岩波靖彦・内川敬介・後藤佳奈，・中村仁・久我ゆかり
  • Organizer: 環境微生物系学会合同大会2017
• [Presentation] 低濃度エタノールを用いた土壌還元消毒による白紋羽病菌の衰退と糸状菌相の変化 (2017)
  • Author(s): 髙橋真秀・門馬法明・鈴木健・中村仁・久我ゆかり・深見正信
  • Organizer: 平 成 2 9 年 度 日本植物病理学会関東部会
• [Presentation] Changes of bacterial community of hyphosphere of Gigaspora margarita and Rosellinia necatrix by a hot water treatment. (2017)
  • Author(s): H.T.T. Nguyen, C. Katsuyama, Y. Kuga
  • Organizer: 菌根研究会2017年度大会