根圏合成コミュニティーにおけるマイクロバイオータ形成機構の解明

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Post-Koch Ecology: The next-era microbial ecology that elucidates the super-terrestrial organism system
• Project/Area Number: 22H04878
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 竹下 典男 筑波大学, 生命環境系, 准教授 (20745038)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 根圏 / 糸状菌 / 細菌 / 合成コミュニティ

Outline of Annual Research Achievements

植物根圏の微生物コミュニティの形成機構を明らかにする目的で、人工的な再構築系である合成コミュニティを対象に研究を行った。ま ず、モデル植物であるミヤコグサを圃場由来の土壌にて栽培し、根圏から45属159株もの多様な細菌と主要な糸状菌Fusarium oxysporum1種を単離した。滅菌した 植物種子と滅菌したバーミキュライトに、これらの微生物を加えた閉鎖系の合成コミュニティを対象に、植物の生育と根圏微生物叢を解析した。糸状菌 の有無による根圏細菌叢への影響を、相対存在量・群集間多様性・共起ネットワーク・媒介中心性などにより評価する手法を確立し、Xanthobanteraceae属細菌と 糸状菌との相互作用が、根圏細菌叢形成に重要であることを示した。さらに、合成コミュニティからこの細菌だけを除いた条件、この細菌だけを加えた条件でも 解析を行い、植物の生育への影響を明らかにした。窒素固定と土壌肥沃度に重要な役割を果たすXanthobacteraceaeと土壌中に広く分布する糸状菌であるFusarium oxysporumの根圏での相互作用を明らかにした。その相互作用が根圏細菌叢に大きな影響を与え、植物の生育を促進することが示された。根圏微生物叢は植物の栄 養獲得と環境ストレスへの抵抗において重要な役割を果たしており、植物の健康と根圏土壌における病気の抑制にも不可欠である。微生物叢の動態を把握してそ の環境におけるハブとなる微生物やそれ同士の相互作用を特定することが求められている。その点において合成コミュニティという研究アプローチは、微生物叢 において、植物の健康や細菌叢の形成に大きく寄与する微生物または微生物同士の相互作用の特定をおこなうことを可能にした。このように、合成コミュニティ はこれまで特定することが難しかった微生物の相互作用や役割への理解に有効な手段である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

糸状菌 の有無による根圏細菌叢への影響を、相対存在量・群集間多様性・共起ネットワーク・媒介中心性などにより評価する手法を確立し、Xanthobanteraceae属細菌と 糸状菌との相互作用が、根圏細菌叢形成に重要であることを示した。さらに、合成コミュニティからこの細菌だけを除いた条件、この細菌だけを加えた条件でも 解析を行い、植物の生育への影響を明らかにした。窒素固定と土壌肥沃度に重要な役割を果たすXanthobacteraceaeと土壌中に広く分布する糸状菌であるFusarium oxysporumの根圏での相互作用を明らかにした。

Strategy for Future Research Activity

Xanthobacteraceaeを合成コミュニティから除いた条件で、他の細菌叢がどのように変化するか解析する。FISHにより根圏合成コミュニティにおけるFusarium oxysporumとXanthobacteraceaeの局在を明らかにする。