イネ根に共生する細菌の群集構造変動機構の解明

• Project/Area Number: 14J09473
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Environmental agriculture(including landscape science)
• Research Institution: National Agriculture and Food Research Organization (2016); National Institute for Agro-Environmental Sciences (2014-2015)
• Principal Investigator: 大久保 卓 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農業環境変動研究センター 物質循環研究領域, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2016: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2015: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2014: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: メタン / イネ / マイクロビオーム / 植物マイクロビオーム / 根圏 / 16S rRNA / Methylosinus / Bradyrhizobium / 二酸化炭素

Outline of Annual Research Achievements

水田から放出される温室効果ガスメタンの量は、イネ品種により異なる。品種間差の原因を探るために、代表的なイネ品種であるコシヒカリとメタン放出量の少ないタカナリを用いて、根圏土壌や根に生息する微生物の群集構造やメタン酸化、生成に関わる遺伝子のコピー数の違いを調べた。
・微生物群集構造：コシヒカリとタカナリの根に生息する細菌と真核微生物の群集構造を16S, 18S rRNA遺伝子のシーケンス解析により調べた。両品種とも、イネ生育ステージが進むと微生物群集が変化した。イネの生育ステージが進むことによる微生物群集の変化は、コシヒカリの方が顕著であった。コシヒカリの方が大きな変動を示した微生物種には、メタン生成菌を含む多様な分類群が含まれていた。本研究の結果は、メタン放出が少ないタカナリでは、イネのグロースステージが進んでも、メタン生成菌や共生微生物の菌数増加が、コシヒカリよりも低く抑えられていることを示唆しており、根圏微生物群集のステージ変化が水田からのメタン放出量と深く関わることが示された。
・メタン酸化、生成に関わる遺伝子のコピー数：昨年度は、根圏土壌や根から抽出したDNAに含まれるメタン酸化、生成に関わる遺伝子のコピー数を調べた。本年度は、根圏土壌から安定的に高品質のRNAを得る方法を確立し、その方法を用いて採取した根圏土壌サンプルの分析を行った。根圏土壌のメタン酸化、生成遺伝子のコピー数は、DNA, RNAともに顕著な品種間差は観察されなかった。この結果は、根や根に非常に近傍な土壌でのメタン生成、酸化がメタン放出量に大きく影響することを示唆している。そこで、根サンプルのRNA解析法の検討を行い、安定的に高品質のRNAを抽出し、メタン酸化、生成に関わる遺伝子のコピー数を分析する方法を確立した。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Origin and Evolution of Nitrogen Fixation Genes on Symbiosis Islands and Plasmid in <i>Bradyrhizobium</i> (2016)
  • Author(s): Takashi Okubo, Pongdet Piromyou, Panlada Tittabutr, Neung Teaumroong, and Kiwamu Minamisawa.
  • Journal Title: Microbes and Environments Volume: 31 Issue: 3 Pages: 260-267
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME15159
  • NAID: 130005265078
  • ISSN: 1342-6311, 1347-4405
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Sulfur Fertilization Changes the Community Structure of Rice Root-, and Soil- Associated Bacteria (2016)
  • Author(s): Sachiko Masuda, Zhihua Bao, Takashi Okubo, Kazuhiro Sasaki, Seishi Ikeda, Ryo Shinoda, Mizue Anda, Ryuji Kondo, Yumi Mori, Kiwamu Minamisawa
  • Journal Title: Microbes and Environments Volume: 31 Issue: 1 Pages: 70-75
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME15170
  • NAID: 130005138796
  • ISSN: 1342-6311, 1347-4405
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 植物共生細菌群集を利用した持続的農業 (2016)
  • Author(s): 大久保卓、池田成志 、南澤究
  • Journal Title: 土と微生物 Volume: 70 Pages: 10-16
  • NAID: 130005170826
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Elevated atmospheric CO2 levels affect community structure of rice root-associated bacteria (2015)
  • Author(s): Takashi Okubo, Dongyan Liu, Hirohito Tsurumaru, Seishi Ikeda, Susumu Asakawa, Takeshi Tokida, Kanako Tago, Masahito Hayatsu, Naohiro Aoki, Ken Ishimaru, Kazuhiro Ujiie, Yasuhiro Usui, Hirofumi Nakamura, Hidemitsu Sakai, Kentaro Hayashi, Toshihiro Hasegawa and Kiwamu Minamisawa
  • Journal Title: Frontiers in Microbiology Volume: 6 Pages: 1-8
  • DOI: 10.3389/fmicb.2015.00136
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Insecticide-Degrading <i>Burkholderia</i> Symbionts of the Stinkbug Naturally Occupy Various Environments of Sugarcane Fields in a Southeast Island of Japan (2015)
  • Author(s): Kanako Tago, Takashi Okubo, Hideomi Itoh, Yoshitomo Kikuchi, Tomoyuki Hori, Yuya Sato, Atsushi Nagayama, Kentaro Hayashi, Seishi Ikeda, Masahito Hayatsu
  • Journal Title: Microbes and Environments Volume: 30 Issue: 1 Pages: 29-36
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME14124
  • NAID: 130005061723
  • ISSN: 1342-6311, 1347-4405
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Environmental Factors Shaping the Community Structure of Ammonia-Oxidizing Bacteria and Archaea in Sugarcane Field Soil (2015)
  • Author(s): Kanako Tago, Takashi Okubo, Yumi Shimomura, Yoshitomo Kikuchi, Tomoyuki Hori, Atsushi Nagayama, Masahito Hayatsu
  • Journal Title: Microbes and Environments Volume: 30 Issue: 1 Pages: 21-28
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME14137
  • NAID: 130005061719
  • ISSN: 1342-6311, 1347-4405
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effects of Elevated Carbon Dioxide, Elevated Temperature, and Rice Growth Stage on the Community Structure of Rice Root–Associated Bacteria (2014)
  • Author(s): Takashi Okubo, Takeshi Tokida, Seishi Ikeda, Zhihua Bao, Kanako Tago, Masahito Hayatsu, Hirofumi Nakamura, Hidemitsu Sakai, Yasuhiro Usui, Kentaro Hayashi, Toshihiro Hasegawa, Kiwamu Minamisawa
  • Journal Title: Microbes and Environments Volume: 29 Issue: 2 Pages: 184-190
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME14011
  • NAID: 130004057185
  • ISSN: 1342-6311, 1347-4405
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A Fine-Scale Phylogenetic Analysis of Free-Living <i>Burkholderia</i> Species in Sugarcane Field Soil (2014)
  • Author(s): Kanako Tago, Hideomi Itoh, Yoshitomo Kikuchi, Tomoyuki Hori, Yuya Sato, Atsushi Nagayama, Takashi Okubo, Ronald Navarro, Tomo Aoyagi, Kentaro Hayashi, Masahito Hayatsu
  • Journal Title: Microbes and Environments Volume: 29 Issue: 4 Pages: 434-437
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME14122
  • NAID: 130004703873
  • ISSN: 1342-6311, 1347-4405
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 水田微生物生態系の気候変動応答 (2015)
  • Author(s): 大久保 卓
  • Organizer: 生命医薬情報学連合大会 2015 年大会
  • Place of Presentation: 京都大学 宇治キャンパス
  • Year and Date: 2015-10-29
  • Invited
• [Presentation] Phylogeny and Functions of Bacterial Community Associated with Field-Grown Rice Shoots (2014)
  • Author(s): 大久保 卓
  • Organizer: 環境微生物系学会合同大会2014
  • Place of Presentation: アクトシティ浜松コングレスセンター
  • Year and Date: 2014-10-22 – 2014-10-24