2023 Fiscal Year Annual Research Report
Virus-driven clockwork in lower tropic level marine ecosystem and its impact on the ocean
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21H05057
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
吉田 天士 京都大学, 農学研究科, 教授 (80305490)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長崎 慶三 高知大学, 教育研究部自然科学系理工学部門, 教授 (00222175)
緒方 博之 京都大学, 化学研究所, 教授 (70291432)
神川 龍馬 京都大学, 農学研究科, 准教授 (40627634)
山本 圭吾 地方独立行政法人大阪府立環境農林水産総合研究所(環境研究部、食と農の研究部及び水産研究部), その他部局等, 総括研究員 (80503937)
大美 博昭 地方独立行政法人大阪府立環境農林水産総合研究所(環境研究部、食と農の研究部及び水産研究部), その他部局等, 主幹研究員 (00503939)
高尾 祥丈 福井県立大学, 海洋生物資源学部, 准教授 (00511304)
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| Project Period (FY) |
2021-07-05 – 2026-03-31
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| Keywords | 海洋ウイルス / 海洋微生物 / 微細藻類 / オミックス解析 / 海洋低次生態系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
海洋において光合成微生物へのウイルス感染に日周性を見出した。そこで、娘ウイルス放出に伴って漏出される光合成産物（=有機物）を起点として、海洋低次生態系全体へ及ぶ日周性をはじめとする周期性をオミックス解析により検出し、その分子機構を解明する。本年度の研究成果は、以下の通りである。
（１）大阪湾口部における原核生物優占種・ウイルスの調査を継続して行った。主な成果として、夏季の大阪湾で3時間ごとに30時間にわたり海水を採取し、ウイルスゲノ由来転写物を調査した。構築した2,795 個のウイルスゲノムの宿主を予測し、宿主細菌の代謝の概日性を反映した宿主特異的なウイルス転写活性上昇を見出した。 また、大阪湾の優占微生物系統として4つの一酸化炭素酸化菌系統とそれぞれの異なる季節動態を見出した。
（２）ハプト藻ラピ藻Pavlomulina ranunculiformisと相互作用する2株の細菌分離株を得た。
（３）原核生物画分を独立栄養培地で集積培養することにより、ナノ真核藻類を効率よく集積する手法を確立した。さらにナノ真核藻類株の一つ、ハプト藻Phaeocystis jahniiを溶藻するウイルス様因子を分離することに成功した。
（４）赤潮形成藻類種の違いにより、系統的に異なる原核生物の増殖を促し、それらの原核生物感染性ウイルスの動態にまでその差異が影響することを明らかにした。
（５）従属真核微生物ラビリンチュラとウイルス感染させたH. akashiwoとの共培養系を構築し、ラビリンチュラ遊走子がウイルスによって溶藻した細胞に誘引されることを観察した。
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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
マイクロコズム実験により、赤潮形成藻類種の違いが、原核生物群集とその原核生物感染性ウイルスの動態にまで影響することを明らかにした。公共データベースに公開されている海洋微生物群集に関する時系列データと比較することで、本観察結果が環境でも確認され、本研究成果は米国微生物学会国際誌にて受理・公表された。マイクロコズム実験での観察と環境時系列データの比較による妥当性の検証の流れは、本プロジェクトの根幹をなすもので、藻類種の差異や藻類のウイルス感染の有無による起点となる有機物による生態学的カスケードを解明することを可能にしたことからこの評価となった。
また、これと呼応して起点となる藻類種の効果的な分離方法を確立し培養藻類株を拡大することも可能となった。藻類ウイルス株の培養化も達成しつつある。
さらに藻類種と相互作用することが予想される新規な一酸化炭素酸化菌系統を見出し、ラピ藻と協調して増殖する原核微生物系統の分離を達成した。マイクロコズム系での検証可能な組み合わせが拡大した。新たに、藻類-ラビリンチュラを用いたマイクロコズムも構築することができ、高次生態系への脂質成分の移行を調査することが可能となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初計画通り海洋低次生態系の代謝・感染の日周動態を解明、ウイルス感染培養系を用いたメソコズム実験による時計仕掛け解明を引き続き優先課題として取り組み、ウイルス感染の周期性という海洋物質循環を駆動する基本原理を解明し、周期性が低次生態系に及ぼす中・長期的影響と海洋システム全体への波及効果を検証する。
これまでの成果で、海洋に自由生活者として生息する100種程度（各月では30～50種）の優占原核微生物種とそれらのウイルスについての構造を明らかとした。令和6年度は、真核画分に含まれる粒子付着）型の原核微生物群集構造を捉え、未培養細菌の分離を試みる。また、日周変動を再現するマイクロコズム系の構築を試み、ウイルス群集構造の変動を含めより精度の高い解析を行い、これまで環境で観察した日周変動の分子メカニズムの解明を試みる。また、藻類-ウイルス-ラビリンチュラ相互作用系を用いたマイクロコズムによる、高次生態系への脂質成分の移行過程を検討する。
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[Journal Article] Taxonomic difference in marine bloom-forming phytoplanktonic species affects the dynamics of both bloom-responding prokaryotes and prokaryotic viruses.2024
Author(s)
Takebe, H., Tominaga, K., Isozaki, T., Watanabe, T., Yamamoto, K., Kamikawa, R. and Yoshida, T.
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Journal Title
mSystems
Volume: 9
Pages: e00949-23
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Virus-prokaryote infection pairs associated with prokaryotic production in a freshwater lake.2024
Author(s)
Shen, S., Tominaga, K., Tsuchiya, K., Matsuda, T., Yoshida, T. and Shimizu, Y.
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Journal Title
mSystems
Volume: 9
Pages: e00906-23
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] A rumen virosphere with implications of contribution to fermentation and methane production, and endemism in cattle breeds and individuals.2024
Author(s)
Sato, Y., Takebe, H., Tominaga, K., Yasuda, J., Kumagai, H., Hirooka, H. and Yoshida, T.
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Journal Title
Appl. Environ. Microbiol
Volume: 90
Pages: aem.01581-23
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Population-level prokaryotic community structures associated with ferromanganese nodules in the Clarion-Clipperton Zone (Pacific Ocean) revealed by 16S rRNA gene amplicon2023
Author(s)
Tominaga, K., Takebe, H., Murakami, C., Tsune, A., Okamura, O., Ikegami, I., Onishi, Y., Kamikawa, R. and Yoshida, T.
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Journal Title
Environ. Microbiol. Rep.
Volume: 16
Pages: e13224
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Diversity in infection specificity between the bloom-forming microalga Heterosigma akashiwo and its dsDNA Virus, Heterosigma akashiwo Virus.2023
Author(s)
Funaoka, Y., Hiromoto1, H., Morimoto, D., Takahashi, M., Wada, K. and Nagasaki, K.
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Journal Title
Microbes Environ.
Volume: 38
Pages: ME23036
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Effects of viral infection for marine eukaryotic microalgae on prokaryotic community dynamics.2023
Author(s)
Yoshida, T., Takebe, H., Hiromoto, H., Kitagawa, N., Watanabe, T., Yamamoto, K., Nagasaki, N., and Kamikawa, R.
Organizer
11th Aquatic Virus Workshop
Int'l Joint Research
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[Presentation] ultiple viruses infecting a single cyanobacterial population dominating in Osaka Bay revealed by the multiple-omics analyses.2023
Author(s)
Ashitani, T., Nishimon, K., Tominaga, K., Takebe, H., Fujiwara, K., Watanabe, T., Isozaki, T., Yamamoto, K., Kamikawa, R. and Yoshida, T.
Organizer
11th Aquatic Virus Workshop
Int'l Joint Research
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