Identification and characterization of microorganisms involved in the carbon and energy cycles in the deep biosphere

• Project/Area Number: 25701003
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Partial Multi-year Fund
• Research Field: Environmental dynamic analysis
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: HORI Tomoyuki 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
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥23,790,000 (Direct Cost: ¥18,300,000、Indirect Cost: ¥5,490,000); Fiscal Year 2015: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2014: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2013: ¥11,830,000 (Direct Cost: ¥9,100,000、Indirect Cost: ¥2,730,000)
• Keywords: 環境分析 / 深海環境 / 地球化学 / 環境 / 微生物

Outline of Final Research Achievements

In this study, we focused on anaerobic acetate oxidizers involved in the reduction of crystalline iron(III) oxides and successfully obtained their enrichment cultures from deep subseafloor core sediments. High-throughput sequencing of 16S rRNA genes revealed that iron reducers affiliated within the phylum Firmicutes may play a pivotal role in the carbon and energy cycles in the deep biosphere. Further, in order to investigate the ecophysiological features of the iron reducers, we established the ultra-high-sensitivity stable isotope probing of 16S rRNA.

Research Products

• [Journal Article] Isolation of microorganisms involved in reduction of crystalline iron (III) oxides in natural environments (2015)
  • Author(s): Hori T., Aoyagi T., Itoh, H., Narihiro T., Oikawa A., Suzuki K., Ogata A., Friedrich, M.W., Conrad R., Kamagata Y.
  • Journal Title: Frontiers in Microbiology Volume: 6
  • DOI: 10.3389/fmicb.2015.00386
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Dynamic transition of chemolithotrophic sulfur-oxidizing bacteria in response to amendment with nitrate in deposited marine sediments (2015)
  • Author(s): Aoyagi T, Kimura M, Yamada N, Navarro RR, Itoh H, Ogata A, Sakoda A, Katayama Y, Takasaki M and Hori T
  • Journal Title: Front. Microbiol. Volume: 6
  • DOI: 10.3389/fmicb.2015.00426
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] High-Resolution Dynamics of Microbial Communities during Dissimilatory Selenate Reduction in Anoxic Soil (2015)
  • Author(s): Ronald R Navarro, Tomo Aoyagi, Makoto Kimura, Hideomi Itoh, Yuya Sato, Yoshitomo Kikuchi, Atsushi Ogata, Tomoyuki Hori
  • Journal Title: Environmental science & technology Volume: 49 Issue: 13 Pages: 7684-7691
  • DOI: 10.1021/es505210p
  • Peer Reviewed
• [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
  • NAID: 40020476288
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ultra-high-sensitivity stable-isotope probing of rRNA by high-throughput sequencing of isopycnic centrifugation gradients (2015)
  • Author(s): 青柳 智、花田 智、伊藤 英臣、佐藤 由也、尾形 敦、Michael W. Friedrich、菊池 義智、堀 知行
  • Journal Title: ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY REPORTS Volume: 7 Issue: 2 Pages: 282-287
  • DOI: 10.1111/1758-2229.12243
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [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
• [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
• [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
• [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
• [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
  • Invited
• [Presentation] A progress toward the comprehensive understanding of the microbial ecosystem function － Ultra-high-sensitivity stable-isotope probing by high-throughput sequencing of rRNA transcript － (2014)
  • Author(s): 堀 知行
  • Organizer: 2nd AIST-Tsinghua University Workshop on Advanced Technology for Waste Water Reclamation and Reuse
  • Place of Presentation: 産総研つくば西（茨城）
  • Year and Date: 2014-11-27
  • Invited
• [Presentation] 海洋性化学合成硫黄細菌を起点とする海底堆積物の嫌気分解過程 (2014)
  • Author(s): 青柳 智、木村真人、Navarro R. Ronald、伊藤 英臣、山田 奈海葉、尾形 敦、迫田章義、高崎みつる、片山 葉子、堀 知行
  • Organizer: 環境微生物系学会合同大会2014
  • Place of Presentation: 静岡大学工学部（静岡）
  • Year and Date: 2014-10-21 – 2014-10-24
• [Presentation] Geobacter sp. AOG5 株で見出された結晶性酸化鉄に対する高い還元活性 (2014)
  • Author(s): 青柳 智、佐藤 由也、花田 智、尾形 敦、鎌形 洋一、堀 知行
  • Organizer: 第66回日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（北海道）
  • Year and Date: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [Presentation] 次世代シークエンサーの適用による超高感度rRNA-Stable Isotope Probing － 微生物生態系機能の実態解明に向けた技術進展 － (2014)
  • Author(s): 堀 知行
  • Organizer: 第17 回日本水環境学会シンポジウム
  • Place of Presentation: 滋賀県立大学（滋賀）
  • Year and Date: 2014-09-08 – 2014-09-10
  • Invited
• [Presentation] Metabolic potential and community structure of anaerobically respiring microorganisms enriched from deep subseafloor sediments of the Shimokita Coalbed, Japan (2014)
  • Author(s): 堀 知行、青柳 智、Navarro R. Ronald、佐藤 由也、伊藤 英臣、星野辰彦、諸野祐樹、稲垣史生、鎌形 洋一
  • Organizer: ISME 15
  • Place of Presentation: ソウル（韓国）
  • Year and Date: 2014-08-24 – 2014-08-29
• [Presentation] High-throughput sequencing of isopycnic centrifugation gradients improves the sensitivity of rRNA-based stable isotope probing (2014)
  • Author(s): 青柳 智、伊藤 英臣、佐藤 由也、尾形 敦、花田 智、菊池 義智、堀 知行
  • Organizer: ISME 15
  • Place of Presentation: ソウル（韓国）
  • Year and Date: 2014-08-24 – 2014-08-29
• [Presentation] 次世代シークエンサーの適応によるRNA-SIPの高感度化 (2014)
  • Author(s): 青柳 智, 佐藤由也, 伊藤英臣, 花田 智, 菊池義智, 堀 知行
  • Organizer: 日本農芸化学会2014年度大会
  • Place of Presentation: 明治大学（神奈川）
• [Presentation] 結晶性酸化鉄を還元する新しい微生物の分離培養と生理学的特徴 (2013)
  • Author(s): 青柳智, 堀知行, 伊藤英臣, 尾形敦, 成廣隆, 花田智, 鎌形洋一
  • Organizer: 第29回日本微生物生態学会大会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学（鹿児島）
• [Presentation] 次世代シークエンサーの適用によるRNA-SIPの高感度化 (2013)
  • Author(s): 青柳智, 佐藤由也, 伊藤英臣, 多胡香奈子, 早津雅仁, 花田智, 菊池義智, 堀知行
  • Organizer: 第29回日本微生物生態学会大会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学（鹿児島）
• [Presentation] Enrichment, isolation and characterization of microorganisms involved in reduction of crystalline iron(III) oxides in anoxic soil environments (2013)
  • Author(s): 堀知行, 青柳智, 成廣隆, 伊藤英臣, 尾形敦, 花田智, 鎌形洋一
  • Organizer: 2nd Thunen Symposium on Soil Metagenomics
  • Place of Presentation: Thunen Institute（Braunschweig, Germany）
• [Presentation] Enrichment, isolation and characterization of microorganisms involved in reduction of crystalline iron(III) oxides in anoxic soil environments (2013)
  • Author(s): 堀知行
  • Organizer: Microbial Ecophysiology group seminar
  • Place of Presentation: Bremen university（Bremen, Germany）
  • 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