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2015 Fiscal Year Annual Research Report

地下圏炭素・エネルギー動態に関与する中核微生物群の同定と新機能解明

Research Project

Project/Area Number 25701003
Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Principal Investigator

堀 知行  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 環境管理研究部門, 主任研究員 (20509533)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Keywords環境分析 / 深海環境 / 地球化学 / 環境 / 微生物
Outline of Annual Research Achievements

本研究は、未だ実体の明らかでない「地下圏炭素・エネルギーフラックスの根幹反応を担う未知微生物群」の生理生態を、分離培養技術と次世代シークエンサー解析との融合法によって明らかにすることで、今なお進行しつつあると予想されるメタンハイドレート形成やナノパイライト生成などの地下物質ダイナミクスの根本的理解を目指すものである。ここで標的とする嫌気分解過程の中心中間産物「酢酸」と地殻中第4位の構成元素「鉄」は地球の根源物質であるため、その代謝に関わる未知微生物群の実体解明は、地下圏の生命活動全体を紐解くことに直結する。なお本研究には、2012年統合国際深海掘削計画(IODP)第337次研究航海「下北八戸沖石炭層生命圏掘削」で取得した海底地下コア試料および海底堆積物試料を主に用いた。まず初めに、海底地下コアから得られる微生物菌体量の乏しさを打開するため、コア試料をそのまま解析するのではなく、中核微生物群の集積系を数百種構築した。得られた集積系のいくつかからメタン生成や鉄還元などの重要な生物地球化学反応が観察された。さらに次世代シークエンサーを用いた大規模遺伝子配列解読により各集積系の構成微生物を数万種レベルで同定した。その結果、上記のメタン生成や鉄還元を担う中核微生物群の系統学的特徴づけを達成した。また結晶性酸化鉄を電子受容体とする長期間継代培養によりFirmicutes門に属する新規な鉄還元微生物群を高度に集積することができた。一方、分離培養を介さずに、高度集積系内における未培養微生物の代謝機能を高感度に解析する分子生態学的方法の開発を試み、安定同位体プローブ法(SIP)と次世代シークエンスを組み合わせることで、従来法より約500倍の検出感度を有する「Ultra-high-sensitivity SIP(超高感度SIP)」の確立に成功した。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Causes of Carryover

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (10 results)

All 2016 2015 Other

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (5 results) (of which Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Isolation of microorganisms involved in reduction of crystalline iron(III) oxides in natural environments2015

    • Author(s)
      堀 知行、青柳 智、伊藤英臣、成廣 隆、笈川あずさ、鈴木清史、尾形 敦、Michael W. Friedrich、Ralf Conrad、鎌形洋一
    • Journal Title

      FRONTIERS IN MICROBIOLOGY

      Volume: 6 Pages: -

    • DOI

      10.3389/fmicb.2015.00386

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Dynamic transition of chemolithotrophic sulfur-oxidizing bacteria in response to amendment with nitrate in deposited marine sediments2015

    • Author(s)
      青柳 智、木村真人、山田奈海葉、Navarro R. Ronald、伊藤英臣、尾形 敦、迫田章義、片山葉子、高崎みつる、堀 知行
    • Journal Title

      FRONTIERS IN MICROBIOLOGY

      Volume: 6 Pages: -

    • DOI

      10.3389/fmicb.2015.00426

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] High-Resolution Dynamics of Microbial Communities during Dissimilatory Selenate Reduction in Anoxic Soil2015

    • Author(s)
      青柳 智、木村真人、伊藤英臣、佐藤由也、菊池義智、尾形 敦、堀 知行
    • Journal Title

      ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY

      Volume: 49 Pages: 7684-7691

    • DOI

      10.1021/es505210p.

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] 未培養微生物の代謝活性を検出する超高感度安定同位体プローブ法の開発2015

    • Author(s)
      青柳 智、堀 知行
    • Journal Title

      バイオサイエンスとインダストリー

      Volume: 73 Pages: 225-227

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 超高感度rRNA-Stable Isotope Probingによる未知環境微生物群の機能解析2016

    • Author(s)
      堀 知行、青柳 智、田中亮一、尾形 敦
    • Organizer
      日本農芸化学会2016年度大会
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター(北海道・札幌)
    • Year and Date
      2016-03-27 – 2016-03-30
  • [Presentation] 酸性鉱山廃水処理システムにおける微生物群集構造の高解像度解析2016

    • Author(s)
      青柳 智、堀 知行、稲葉 知大、Navarro R. Ronald、愛澤秀信、尾形 敦
    • Organizer
      日本農芸化学会2016年度大会
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター(北海道・札幌)
    • Year and Date
      2016-03-27 – 2016-03-30
  • [Presentation] セレン汚染土壌を対象とした生物還元処理法の実効性評価2016

    • Author(s)
      堀 知行、青柳 智、Navarro R. Ronald、木村真人、伊藤英臣、佐藤由也、菊池義智、尾形 敦
    • Organizer
      第50回日本水環境学会年会
    • Place of Presentation
      アスティ徳島(徳島県・徳島市)
    • Year and Date
      2016-03-16 – 2016-03-18
  • [Presentation] 海底由来堆積物の嫌気分解過程における微生物間相互作用の解明2016

    • Author(s)
      青柳 智、Navarro R. Ronald、眞弓大介、尾形 敦、片山葉子、高崎みつる、堀 知行
    • Organizer
      第50回日本水環境学会年会
    • Place of Presentation
      アスティ徳島(徳島県・徳島市)
    • Year and Date
      2016-03-16 – 2016-03-18
  • [Presentation] 環境微生物の機能を活用した重金属汚染水処理の現状と展望2015

    • Author(s)
      堀 知行、尾形 敦
    • Organizer
      平成27年度資源・素材関係学協会合同秋季大会
    • Place of Presentation
      愛媛大学(愛媛県・松山市)
    • Year and Date
      2015-09-08 – 2015-09-10
    • Invited
  • [Remarks] 産業技術総合研究所 環境微生物研究グループホームページ

    • URL

      https://unit.aist.go.jp/emri/114envmicrob/index.html

URL: 

Published: 2017-01-06  

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