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合成生態学による水生植物-微生物共生系の理解と環境技術への応用

研究課題

研究課題/領域番号 20J00210
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分64020:環境負荷低減技術および保全修復技術関連
研究機関静岡大学

研究代表者

石澤 秀紘  静岡大学, グリーン科学技術研究所, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2020年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワード人工微生物群集 / 植物ー微生物共生 / 遺伝子発現解析 / 群集生態学 / 水質浄化 / バイオマス生産 / 種間相互作用 / 合成生態学
研究開始時の研究の概要

水生植物はその葉圏、根圏において特徴的な細菌群集と共生しており、それらの代謝は宿主の成長速度や水質浄化能に大きく影響することが知られている。こうした水生植物-細菌共生系への理解は効果的なバイオマス生産、水質浄化技術の実現に向けて重要であるが、実際の共生系は多種多様な細菌種を含む非常に複雑な系であるため、その成立機構について実験的な検討を行うことは困難であった。そこで本研究では、実際の共生系において優占する代表的な共生細菌株を用い、シンプルかつ再現可能なモデル共生系を作成を試みる。また、作成したモデル共生系の成立機構について、炭素源のフローや各構成種の種間相互作用といった観点から検討を行う。

研究実績の概要

本研究課題は、未開拓な生態系である水生植物―微生物共生系の成立機構を科学的に解明することで、水生植物を用いた環境技術の高度化・多様化に貢献することを目的としている。昨年度、ウキクサと7種の菌株からなる「モデル共生系」を作成し、安定性と再現性を兼ね備えた研究材料として確立することができた。今年度は、このモデル共生系における微生物の種間相互作用について数理解析と遺伝子解析という2つのアプローチから検討を行い、群集構造の安定化機構を考察した。
数理解析においては、7菌株の全ての組み合わせ(127通り)の試験によって取得した群集構造データを数理モデルを用いて解析した。結果、4~7種の組み合わせが作り上げる群集の構造を、3種以下の組み合わせが作る群集構造のデータから定量的に予測する数理モデルの開発に成功し、本生態系の群集構造が3種間の相互作用によって説明できることを明らかにした。
遺伝子発現解析においては、6菌株からなるモデル共生系を実験対象とし、各構成種のウキクサ表面における遺伝子発現を、(1)単独条件、(2)2種共存条件、(3)全6種の共存条件のそれぞれにおいて解析した。また、得られた結果はウキクサ表面における種間相互作用と照らし合わせることで解析を行い、種間相互作用による影響と統計学的有意な関連が見られる遺伝子を多数同定した。今後、これらの解析で浮かび上がった遺伝子群について遺伝子破壊株を用いた検討を行うことで、安定した共生細菌群集の形成において鍵となる遺伝的要因が解明されるものと期待される。

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] Genome-wide identification of bacterial colonization and fitness determinants on the floating macrophyte, duckweed2022

    • 著者名/発表者名
      Ishizawa Hidehiro、Kuroda Masashi、Inoue Daisuke、Ike Michihiko
    • 雑誌名

      Communications Biology

      巻: 5 号: 1 ページ: 68-68

    • DOI

      10.1038/s42003-022-03014-7

    • 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
  • [雑誌論文] Coordination of leaf economics traits within the family of the world's fastest growing plants (Lemnaceae)2021

    • 著者名/発表者名
      Ishizawa Hidehiro、Onoda Yusuke、Kitajima Kaoru、Kuroda Masashi、Inoue Daisuke、Ike Michihiko
    • 雑誌名

      Journal of Ecology

      巻: 109 号: 8 ページ: 2950-2962

    • DOI

      10.1111/1365-2745.13710

    • 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
  • [雑誌論文] Synthetic Bacterial Community of Duckweed: A Simple and Stable System to Study Plant-microbe Interactions2020

    • 著者名/発表者名
      Ishizawa Hidehiro、Tada Minami、Kuroda Masashi、Inoue Daisuke、Futamata Hiroyuki、Ike Michihiko
    • 雑誌名

      Microbes and environments

      巻: 35 号: 4 ページ: n/a

    • DOI

      10.1264/jsme2.ME20112

    • NAID

      130007949595

    • ISSN
      1342-6311, 1347-4405
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Community dynamics of duckweed-associated bacteria upon inoculation of plant growth-promoting bacteria2020

    • 著者名/発表者名
      Ishizawa Hidehiro、Kuroda Masashi、Inoue Daisuke、Morikawa Masaaki、Ike Michihiko
    • 雑誌名

      FEMS Microbiology Ecology

      巻: 96 号: 7

    • DOI

      10.1093/femsec/fiaa101

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] ランダム破壊株の次世代シーケンス解析(Tn-seq法)によるウキクサ―細菌共生の成立機構解明2022

    • 著者名/発表者名
      石澤秀紘、黒田真史、井上大介、池道彦
    • 学会等名
      第56回日本水環境学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Empirical Dynamic Modelingによる水生植物ー微生物共生系の網羅的因果推定2021

    • 著者名/発表者名
      石澤秀紘、田代陽介、二又裕之
    • 学会等名
      環境バイオテクノロジー学会2021年度大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] シンプルな植物―細菌共生系における種間相互作用と群集構造の関係解明2021

    • 著者名/発表者名
      石澤秀紘、田代陽介、井上大介、池道彦、二又裕之
    • 学会等名
      日本微生物生態学会第34回大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] ウキクサ植生浄化システムにおける天候ー水質ー生物相の時系列解析2021

    • 著者名/発表者名
      石澤秀紘、二又裕之
    • 学会等名
      第55回日本水環境学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] ウキクサ亜科植物の共生細菌叢の特徴づけ2021

    • 著者名/発表者名
      廣嶋直人、石澤秀紘、井上大介、池道彦
    • 学会等名
      第55回日本水環境学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2020-07-07   更新日: 2024-03-26  

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