2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of assessment methods for forest environments based on microbiomes
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18K19870
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
山田 利博 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (30332571)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平尾 聡秀 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 講師 (90598210)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2022-03-31
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| Keywords | 樹木 / 健全性 / 森林環境 / ナノポアシーケンサー / マイクロバイオーム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
森林や緑地をグリーンインフラとして整備・活用するため、樹木の健全性を評価する必要がある。しかし、従来の手法では樹木診断にコストがかかり、原因菌類や感染経路の特定が困難であった。そこで、本研究では、健全な森林と病害の発生した森林でマイクロバイオームの比較解析を行い、病害と関連した微生物叢の特徴を明らかにし、森林環境の評価手法を開発することを目的とする。また、リアルタイム解析のプロトコルを作成し、樹木保護の現場への普及を図ることで、環境評価手法の社会実装を目指す。
2020年度は、腐朽病害と関連するマイクロバイオームの解析結果に基づいて、腐朽診断の基準となる量的な指標の検討に取り組んだ。サワラ人工林の健全木と腐朽病害木を比較対照し、対象木の周囲の土壌・細根・樹皮・落葉・落枝のマイクロバイオームについて、機械学習により群集組成を特徴づける分類群を抽出した結果、健全木と腐朽病害木間のマイクロバイオームを特徴づけるバイオマーカーとして、ナミダタケSerpula属が抽出された。さらに、マイクロバイオームの共起ネットワーク解析を行った結果、腐朽病害木の周辺土壌において、ナミダタケ属といくつかの腐生菌が共出現し、健全木の周辺土壌とは異なる群集構造を示すことが明らかになった。一連の解析から、土壌中の腐朽菌の共出現の程度が環境の健全性の指標になり得ると示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2020年度は、（1）健全木と腐朽病害木のマイクロバイオームを比較対照した、腐朽診断の基準となる量的な指標の検討を行うこと、（2）リアルタイムシーケンスを用いて微生物叢から樹木腐朽の診断を行うアプローチを実用化することを予定していた。前者の腐朽診断の基準となる量的な指標については予定通り進展し、マイクロバイオームに基づく環境の健全性評価と、ナノポアシーケンサーを用いた解析手法を確立することができた。一方、後者のリアルタイム解析による腐朽診断のプロトコル化と実装については、新型コロナウイルス感染症による研究活動の大幅な制限により、フィールドワークの実施や樹木保護にかかわる団体との交流が困難になり、進めることができなかった。森林のマイクロバイオームのリアルタイム解析による腐朽診断の実用化には、ワークフローの簡略化と現地での適用可能性の評価が必要であるため、2021年度の新型コロナウイルス感染症の収束後に取り組む予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度は、2020年度に引き続いて、ナノポアシーケンサーMinIONによるリアルタイムシーケンスを用いて微生物叢から樹木腐朽の診断を行うアプローチの実用化に取り組む。現地でのサンプル採取・シーケンスライブラリー調整・マイクロバイオーム分析に関するバイオインフォマティクス解析をプロトコルにまとめ、微生物叢から樹木腐朽の診断を行うアプローチを体系化する。これらはリアルタイムシーケンスを用いた樹木病害の現地診断手法として公表し、樹木保護の実務に使用してもらうことで、プロトコルをアップデートして技術の普及を進めていく。
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| Causes of Carryover |
ナノポアシーケンサーを用いたリアルタイム解析による腐朽診断のプロトコル化と実装のために、フローセルとサンプル調整試薬が必要であり、それに対応して次年度にこれらを購入するために、次年度使用が生じた。
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