2019 Fiscal Year Annual Research Report
地下圏炭素・エネルギー動態のミッシングリンク：結晶性酸化鉄が主導する微生物新機能
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19H04244
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
堀 知行 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (20509533)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 環境分析 / 深海環境 / 地球化学 / 環境 / 微生物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、「地下微生物-鉄鉱物相互作用に基づく高度集積培養系」を研究対象として、地下圏炭素・エネルギー動態のミッシングリンクを繋ぐ未知微生物群（結晶性酸化鉄を還元する嫌気的メタン酸化菌、嫌気的酢酸酸化菌）の純粋分離・菌学的特徴づけに挑み、加えて自らが近年開発・環境試料適用を達成した未培養微生物機能同定法「高感度Stable Isotope Probing(SIP)」と次世代シークエンサー解析を融合利用することで、地下物質ダイナミクスの根本的理解を目指す。ここでは、自らが乗船し採取したIODP337の大深度海底下コア試料等を用いる。得られる微生物菌体量の乏しさを打開するため、これまで研究により構築してきた高度集積培養系を対象とする。高結晶性酸化鉄（Goethite等）を電子受容体に採用し、メタンと酢酸を電子供与体として200以上の培養条件で、大深度海底コア試料や陸域環境試料の継代培養を長期間続けている。嫌気的メタン酸化菌として、鉄還元能が報告されている嫌気的メタン酸化アーキアが確認されるとともに、系統学的に極めて新しい未知細菌群が高度に集積されている。また、嫌気的酢酸酸化菌の培養では新規細菌が95%以上で存在する集積培養系を得ている。本年度は、エネルギー順位の高い電子受容体基質（硝酸、流硫酸等）や共存する非標的微生物の利用できない電子供与体基質を用いた二段目培養を実施し、標的微生物群の更なる高度集積化を行なった。さらに、これまで海底堆積物から取得した、結晶性酸化鉄を還元する嫌気酢酸酸化菌の純粋分離株の完全ゲノムを決定し、その中から電子伝達に関わる遺伝子群を複数同定した。また、嫌気的酢酸酸化が実環境で起こり得ることを証明すべく、13C標識酢酸を用いた高感度SIP培養を行う海底下コア試料を選定し、培養条件（供試する結晶性酸化鉄、温度、期間、分析パラメータ等）の絞り込みを行なった。
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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
今年度に新たに構築した系統解析コンピュータを用いて、結晶性酸化鉄を還元する嫌気酢酸酸化菌の純粋分離株の完全ゲノムを解読したこと、さらにゲノムの中から電子伝達機構に関わる複数の遺伝子を同定したことは特筆した成果と言える。さらに分離培養に向けた二段目培養にて、標的とする新規細菌の集積高度化を着実に進めていることも成果として捉えられる。高感度SIPの最適化を終え、培養条件の絞り込みを終了できた点も評価できる。よって、研究が概ね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
得られた純粋分離株の完全ゲノムをさらに詳細に解析し、近縁種との比較ゲノム解析により、分離培養株が持つ代謝特性を明らかにする。これにより海底堆積物内での鉄還元微生物の代謝戦略について考察する。また特に嫌気的酢酸酸化が実環境で起こり得ることを証明すべく、13C標識酢酸を用いた高感度SIP培養を開始する。分離培養に向けた試みについては、引き続き、次世代シークエンサーによる網羅的微生物種同定法を適用することにより集積具合を綿密に追跡する。成果結実の加速化を図るため、専門のポスドクまたは実験補助員を雇用する。
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Research Products
(3 results)
