| Project/Area Number |
23K21170
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| Project/Area Number (Other) |
21H02108 (2021-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2021-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 38020:Applied microbiology-related
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| Research Institution | Kagoshima University |
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Principal Investigator |
Sakai Masao 鹿児島大学, 農水産獣医学域農学系, 教授 (20225775)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山田 直隆 九州大学, 農学研究院, 助教 (20304769)
池永 誠 鹿児島大学, 農水産獣医学域農学系, 准教授 (70511822)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥16,380,000 (Direct Cost: ¥12,600,000、Indirect Cost: ¥3,780,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
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| Keywords | 窒素固定 / セルロース分解 / 細菌群集 / 植物体分解 / 微生物生態 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では「窒素固定菌の新規な炭素源獲得戦略としての異種微生物間共生型窒素固定システムの解明と利用」に関する研究を目的とする。これまで、土壌生態系における窒素固定菌は、大きく2つの生態型が推定されてきた。①土壌中で自由生活をする単生型の窒素固定菌、②植物との共生生活（緩やかな共生を含む）をする共生型の窒素固定菌、の2つの生態型である。この従来の生態型に加えて、窒素固定菌の炭素源獲得戦略の違いに基づき、新たに③セルロースを分解する嫌気性細菌と共生的に生活する「異種微生物間共生型の窒素固定菌」による新規な窒素固定システムの存在を明らかにし、その構造・機能・生態を解明する。
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| Outline of Final Research Achievements |
In this study, we clarified the structure, function, and ecology of nitrogen-fixing bacterial communities that exhibit a novel carbon acquisition strategy. Bacterial communities possessing both cellulolytic and nitrogen-fixing activities were isolated from diverse soil environments, indicating that the bacterial communities are widespread and significantly contribute to soil nitrogen availability. Additionally, microbial community coalescence appears to be a key factor in generating the diverse community structures observed across different environments. Species exclusion experiments further revealed that certain bacteria, such as those belonging to the genus Desulfobulbus, are incorporated as keystone species during community coalescence and play critical roles. Moreover, co-occurrence network analysis indicated that interactions among different bacterial species are essential for maintaining both the functional performance and structural stability of these communities.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
異種微生物間共生型窒素固定菌群集は土壌生態系に広く存在して窒素供給に寄与すること、この群集は「群集融合」プロセスにより形成されること、多種類の細菌種が相互作用により高い機能性を発揮することを明らかにした。これは土壌微生物が複雑な機能を発現するために異種微生物群集（コンソーシア）を形成することを示す成果であり、微生物生態学における学術的意義がある。また、培養困難な細菌種を含む異種微生物群集の機能性と構造的安定性を「群集融合」により制御できる可能性を見出したことから、未利用植物バイオマス（セルロース）利用のような産業応用が期待されている複合微生物系の構築と制御の技術に貢献する成果である。
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