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光合成進化の鍵を握る新規クロロフレキサスの生理生態学的研究

研究課題

研究課題/領域番号 20F20384
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分外国
審査区分 小区分45040:生態学および環境学関連
研究機関北海道大学

研究代表者

福井 学 (2020-2021)  北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (60305414)

研究分担者 TSUJI JACKSON・MAKOTO  北海道大学, 低温科学研究所, 博士研究員 (60976207)
TSUJI JACKSON  北海道大学, 低温科学研究所, 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2020-11-13 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2021年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2020年度: 400千円 (直接経費: 400千円)
キーワードPhotosynthesis / Phototrophy / Iron cycling / Metagenomics / Evolution / Chloroflexi / Chloroflexota / Genomics / 光合成 / 微生物 / 進化
研究開始時の研究の概要

酸素非発生型から酸素発生型光合成への進化は未だ解けない謎である。本研究では、この光合成進化の謎の解明に挑戦する。酸素発生型光合成生物は光合成の中心的な機能である光化学系IとIIを有するが、酸素非発生型はそのどちらかを有する。上記進化を解明する上で鍵を握る新規微生物は嫌気性であるものの、未だ単離培養されていない。そこで、上記微生物の単離培養を目指す。さらに、我が国の部分循環湖の嫌気水層からも同様の微生物の探索を行い、メタゲノム解析並び培養実験等から系統学的および代謝生理学的多様性を明らかにする。以上により、酸素非発生型から酸素発生型光合成への進化プロセスの解明を目指す。

研究実績の概要

In FY2022, we combined field data, bioinformatics, and laboratory experiments to gain new insights into the ecology and physiology of "Candidatus Chlorohelix allophototropha" strain L227-S17, a highly novel phototrophic bacterium. In the field, we revisited Oze National Park (Fukushima-ken) and detected a second L227-17-like population in iron-rich sediment samples. These results demonstrate that L227-S17 relatives are reoccurring and diverse in a local field site and let us plan to cultivate these organisms in future. Although we did not detect L227-S17 relatives in metagenomes we sequenced from an iron-rich lake (Lake Mizugaki, Yamanshi-ken), we recovered novel genomes bins with potential for iron cycling that shed new light on nutrient cycling in iron-rich ecosystems. We are continuing to analyze our Lake Harutori dataset from FY2021. Using bioinformatics, we probed the global diversity of L227-S17 relatives by searching >160,000 publicly available DNA/RNA sequencing datasets. Genome bins recovered from this survey greatly expand the known diversity of the L227-S17 clade and provide a valuable dataset to explore the evolution of photosynthesis. In the laboratory, we obtained compelling preliminary data that the L227-S17 culture performs light-driven iron(II) oxidation, a poorly studied metabolism thought to have been key to nutrient cycling on the early Earth. Altogether, our ecophysiological study of "Ca. Chx. allophototropha" strain L227-S17 provides an important baseline dataset for probing the ancient iron cycle and history of photosynthesis on Earth.

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Large fractionation in iron isotopes implicates metabolic pathways for iron cycling in Boreal Shield lakes2022

    • 著者名/発表者名
      Liu K, Schiff SL, Wu L, Molot LA, Venkiteswaran JJ, Paterson MJ, Elgood RJ, Tsuji JM, and Neufeld JD
    • 雑誌名

      Environmental Science & Technology

      巻: 56 号: 20 ページ: 14840-14851

    • DOI

      10.1021/acs.est.2c04247

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Freshwater <i>Chlorobia</i> Exhibit Metabolic Specialization among Cosmopolitan and Endemic Populations2021

    • 著者名/発表者名
      Garcia Sarahi L.、Mehrshad Maliheh、Buck Moritz、Tsuji Jackson M.、Neufeld Josh D.、McMahon Katherine D.、Bertilsson Stefan、Greening Chris、Peura Sari
    • 雑誌名

      mSystems

      巻: 6 号: 3

    • DOI

      10.1128/msystems.01196-20

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Discovery of a Chloroflexota phototroph with a Type I reaction center sheds new light on the evolution of photosynthesis2022

    • 著者名/発表者名
      Tsuji JM, Shaw NA, Nagashima S, Venkiteswaran JJ, Schiff SL, Watanabe T, Fukui M, Hanada S, Tank M, Neufeld JD
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union Meeting 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Cultivation of a phototrophic Chloroflexota member using a Type I reaction center sheds new light on the ecology and evolution of photosynthesis2022

    • 著者名/発表者名
      Tsuji JM, Shaw NA, Nagashima S, Venkiteswaran JJ, Schiff SL, Watanabe T, Fukui M, Hanada S, Tank M, Neufeld JD
    • 学会等名
      18th International Symposium on Microbial Ecology
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Anaerobic microbial redox processes in an iron-rich and meromictic dam lake2022

    • 著者名/発表者名
      Tsuji JM, Watanabe T, Kojima H, Iwata T, Fukui M
    • 学会等名
      Japanese Society of Limnology, 86th Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Global diversity and ecology of chloroflexota phototrophs using a Type I photosynthetic reaction center2022

    • 著者名/発表者名
      Tsuji JM, Watanabe T, Neufeld JD, Fukui M
    • 学会等名
      Japanese Society of Microbial Ecology, 35th Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Revisiting the evolution and ecology of photosynthesis with the discovery of “Candidatus Chlorohelix allophototropha”, a phototrophic Chloroflexota member that uses a Type I reaction cente2021

    • 著者名/発表者名
      Tsuji JM, Shaw NA, Nagashima S, Venkiteswaran JJ, Schiff SL, Fukui M, Hanada S, Tank M, Neufeld JD
    • 学会等名
      34th Annual Meeting of the Japanese Society for Microbial Ecology
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2020-11-16   更新日: 2024-03-26  

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