2020 Fiscal Year Annual Research Report
methanogenesis from root organic matters in deep subsurface
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18H05295
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
鎌形 洋一 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 招聘研究員 (70356814)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
玉木 秀幸 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究グループ長 (00421842)
眞弓 大介 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 地質調査総合センター, 主任研究員 (30549861)
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| Project Period (FY) |
2018-06-11 – 2023-03-31
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| Keywords | 未知微生物 / 地下微生物 / 陸域地下圏 / 培養 / 環境ゲノム情報解析 / メタン / 生理生態 / 炭素循環 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
深部地下圏における生物的メタン生成は 1) 複雑な高分子堆積有機物が熱化学反応などによって溶解性有機物に変換される反応、2) 発酵微生物群がこれらを分解し、メタン生成菌ための主要基質を生成する反応 3) メタン生成菌によるメタン産生、から成り立っていると考えられる。しかし生物反応と非生物反応の境界線は不明瞭で、介在する有機物ならびに微生物を含めプロセスの全容は明らかになっていない。本提案では、提案者らの絶対嫌気高圧培養法・安定同位体質量分析法・分子遺伝学的代謝予測法などを駆使し、深部陸域地下圏に広がる微生物生存圏とそれを支える有機物群を俯瞰的かつ精細に捉えることによって生物起源メタンの成因解明を目指している。本年度は、深部地下圏の高温域における根源有機物の高温高圧反応生成物の同定に取組み、褐炭の熟成過程では炭化水素成分では中長鎖の直鎖アルカンやイソプレノイドアルカン、アルキルナフタレンが生成され、また極性成分では脂肪酸、グリセロール、安息香酸類、フェノール・ナフトール類が生成されることを明らかにした。これらの有機物は、根源有機物の熱分解生成物として深部地下生命圏を支える基質である可能性が示唆された。こうした根源有機物を利用する地下微生物の集積培養にも成功しつつある。中でも、Actinobacteria門の目もしくは科レベルで新規な地下バクテリアや門レベルの未培養アーキアの集積培養に成功するとともに、集積培養系を対象としたオミクス解析を実施し、代謝機能の解明を進めた。さらに石炭を単独でメタンに転換する地下メタン生成アーキアについて、その代謝経路をオミクス解析等により明らかにした。また深部地下圏から門レベルで新規な微生物の純粋分離に成功し、本微生物が本来真核生物の特徴とされるゲノムを包む膜をもつことを明らかにし、Nature Communications誌に論文発表するなど大きな成果を挙げた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
深部地下圏の高温域における根源有機物の高温高圧反応生成物の同定に成功し、深部地下生物圏のゲノム遺伝子情報データの獲得も順調に進んでいる。さらに、系統学的新規性の高い、機能的にもユニークな可能性のある新規地下微生物の集積培養化と機能解明でも想定以上の成果が得られている。さらに、石炭を単独でメタンに変換する深部地下圏由来のメタン生成アーキアについては、その未知の代謝経路をオミクス解析等により解き明かすとともに、深部地下圏から純粋分離に成功した新門微生物の特徴付けとユニークな細胞構造の解明についてNature姉妹誌に論文発表するなど、大きな成果を上げたことから、順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本提案で主軸としている５つの項目（1. 「深部地下圏の高温域における根源有機物の高温高圧反応生成物の同定」、2. 「深部地下生物圏の大規模DNAシークエンシングによる多様性と代謝特性の解析」、３. 「高圧・常圧培養法を用いた根源有機物分解に関わる地下圏微生物の集積・分離・培養」、4. 「発酵微生物とメタン生成菌の共生系の高圧培養で生成するメタンの安定同位体比の測定」、5. 「芳香族メトキシ化合物を分解しメタンを生成する機構の解明」）について、いずれも順調に推移していることから、今の取組みを継続実施するとともに、特に、5の石炭由来成分からのメタン生成経路の解明については論文発表するとともに、それ以外の成果についても着実に国際誌に論文発表してゆく予定である。
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