環境オミクス手法による寒冷圏水界の微生物学的硫黄循環の解明

• 研究課題/領域番号: 22370005
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生態・環境
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 福井 学 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (60305414)
• 研究分担者: 小島 久弥 北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (70400009)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円); 2013年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2012年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2011年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2010年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
• キーワード: 硫黄循環 / メタゲノム / プロテオミクス / 硫酸還元 / 湖沼 / 硫黄酸化 / 機能遺伝子 / 群集構造 / ゲノミクス / 微生物 / 群集 / 代謝

研究概要

寒冷圏水界における微生物学的硫黄循環は、炭素及び窒素循環とも深く関連した生態系における重要なプロセスであるが、依然不明な点が多い。本研究は、環境から微生物由来のゲノム及びタンパク質を直接解析する環境オミクス手法により、微生物学的硫黄循環の潜在的な代謝経路および活性を網羅的に解明することを目的とした。地理的に異なる淡水湖沼を調査した結果、新属の硫黄酸化細菌Sulfuricella denitrificansが硫黄代謝に鍵となる主であることが判明し、ゲノム解析からその代謝経路を明らかにした。さらに同菌種において低温環境特有のタンパク質発現パターンもプロテオーム解析から明らかになった。

研究成果

• [雑誌論文] Identification of major planktonic sulfur oxidizers in stratified freshwater lake (2014)
  • 著者名/発表者名: Hisaya Kojima, Tomohiro Watanabe, Tomoya Iwata and Manabu Fukui
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: e93877 号: 4 ページ: e93877-e93877
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0093877
  • NAID: 120005438262
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sulfurisoma sediminicola gen. nov., sp. nov., a novel facultative autotroph isolated from a freshwater lake (2014)
  • 著者名/発表者名: Hisaya Kojima and Manabu Fukui
  • 雑誌名: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 巻: in press 号: Pt_5 ページ: 1587-1592
  • DOI: 10.1099/ijs.0.057281-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diversity of sulfur-cycle prokaryotes in freshwater lake sediments investigated using aprA as functional marker gene (2013)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Watanabe, Hisaya Kojima, Yoshinori Takano and Manabu Fukui
  • 雑誌名: Systematic and Applied Microbiology 巻: 36 号: Pt_10 ページ: 436-443
  • DOI: 10.1099/ijs.0.051854-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of temperature on successive anaerobic decomposition of high-molecular organic matter under sulfate-reducing conditions. Estuarine (2013)
  • 著者名/発表者名: Takato Matsui, Hisaya Kojima, and Manabu Fukui
  • 雑誌名: Coastal and Shelf Science 巻: 119 ページ: 139-144
  • DOI: 10.1016/j.ecss.2013.01.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Desulfatitalea tepidiphila gen. nov., sp. nov., a novel sulfate-reducing bacterium isolated from tidal flat sediment (2013)
  • 著者名/発表者名: Yuriko Higashioka, Hisaya Kojima, Miho Watanabe and Manabu Fukui
  • 雑誌名: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 巻: 63 号: Pt_2 ページ: 761-765
  • DOI: 10.1099/ijs.0.043356-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sulphate and chloride aerosols during Holocene and last glacial periods preserved in the Talos Dome Ice Core, a peripheral region of Antarctica (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshinori Iizuka, Barbara Delmonte, Ikumi Oyabu, Torbjoｒn Karlin, Valter Maggi, Samuel Albani, Manabu Fukui, Takeo Hondoh and Margareta Hansson
  • 雑誌名: Tellus B 巻: 65 号: 1 ページ: 20197-20197
  • DOI: 10.3402/tellusb.v65i0.20197
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exploring slime mould diversity in high altitude forests and grasslands by environmental RNA analysis (2013)
  • 著者名/発表者名: Kamono,A.
  • 雑誌名: FEMS Microbiology Ecology 巻: 84 号: 1 ページ: 98-108
  • DOI: 10.1111/1574-6941.12042
  • 査読あり
• [雑誌論文] Draft genome sequence of a psychrotolerant sulfur-oxidizing bacterium Sulfuricella denitrificans skB26 and proteomic insights into cold adaptation (2012)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Watanabe, Hisaya Kojima, and Manabu Fukui
  • 雑誌名: Applied and Environmental Microbiology 巻: 78 号: 18 ページ: 6545-6549
  • DOI: 10.1128/aem.01349-12
  • NAID: 120005228243
  • 査読あり
• [雑誌論文] Filamentous sulfur-oxidizing bacteria of the genus Thioploca from Lake Tonle Sap in Cambodia (2012)
  • 著者名/発表者名: Fumiko Nemoto, Hisaya Kojima, Akifumi Ohtaka and Manabu Fukui
  • 雑誌名: Aquatic Microbial Ecology 巻: 66 号: 3 ページ: 295-300
  • DOI: 10.3354/ame01578
  • 査読あり
• [雑誌論文] Holocene lake development and glacial-isostatic uplift at Lake Skallen and Lake Oyako, Lu-tzow-Holm Bay, East Antarctica : based on biogeocheaical facies and molecular signatures. (2012)
  • 著者名/発表者名: Takano Y, Tyler JJ, Kojima H, Yokoyama Y, Tanabe Y, Sato T, Ogawa ON, Ohkouchi N, Fukui M
  • 雑誌名: Applied Geochemistry 巻: 27 号: 12 ページ: 2546-2559
  • DOI: 10.1016/j.apgeochem.2012.08.009
  • 査読あり
• [雑誌論文] 18S rDNA phylogeny of Lanmproderma and allied genera (Stemonitales, Myxomycetes, Amoebozoa) (2012)
  • 著者名/発表者名: Fiore-Donno,A.
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 7 号: 4 ページ: e35359-e35359
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0035359
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diversity of freshwater Thioploca species and their specific association with filamentous bacterla of the phylum Chloroflexi (2011)
  • 著者名/発表者名: Fumiko Nemoto, Hisaya Kojima, Manabu Fukui
  • 雑誌名: Environmental Microbiology 巻: 62 号: 4 ページ: 753-764
  • DOI: 10.1007/s00248-011-9916-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temperature-dependent differences in community structure of bacteria involved in degradation of petroleum hydrocarbons under sulfate-reducing conditions (2011)
  • 著者名/発表者名: Yuriko Higashioka, Hisaya Kojima and Manabu Fukui
  • 雑誌名: Journal of Applied and Microbiology 巻: 110 号: 1 ページ: 314-322
  • DOI: 10.1111/j.1365-2672.2010.04886.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sulfuritalea hydrogenivorans gen.nov., sp.nov., a novel facultative autotroph isolated from a freshwater lake (2011)
  • 著者名/発表者名: Kojima, Fukui
  • 雑誌名: International Journal of Systematic and Evolutionary-Microbiology 巻: 61 ページ: 1651-1655
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sulfuricella denitrificans gen. nov., sp. nov., a novel sulfur-oxidizing autotroph isolated from a freshwater lake (2010)
  • 著者名/発表者名: Hisaya Kojima, and Manabu Fukui
  • 雑誌名: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 巻: 60 号: 12 ページ: 2862-2866
  • DOI: 10.1099/ijs.0.016980-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Seasonal changes in organic matter mineralization in a sublittoral sediment and temperature-driven decoupling of key processes (2010)
  • 著者名/発表者名: Tabuchi, Kojima, Fukui
  • 雑誌名: Microbial Ecology 巻: 60 ページ: 551-560
  • NAID: 120003354954
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sulfuricella denitrificans gen. nov., sp. nov., a novel sulfur-oxidizing autotroph isolated from a freshwater lake (2010)
  • 著者名/発表者名: Kojima, Fukui
  • 雑誌名: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 巻: 52 ページ: 2862-2866
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spatiotemporal variations in an assemblage of closely related planktonicaerobic methanotrophs (2010)
  • 著者名/発表者名: Tsutsumi, Iwata, Kojima, Fukui
  • 雑誌名: Freahwater Biology 巻: 56 ページ: 342-351
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microbial community structure, pigment composition, and nitrogen source of red snow in Antarctica (2010)
  • 著者名/発表者名: Fujii, et al.
  • 雑誌名: Microbial Ecology 巻: 59 ページ: 466-475
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temperature-dependent differences in community structure involved in degradation of petroleum hydrocarbons under sulfate-reducing conditions (2010)
  • 著者名/発表者名: Higashioka, Kojima, Fukui
  • 雑誌名: Journal of Applied Microbiology 巻: 100 ページ: 314-322
  • 査読あり
• [雑誌論文] Invalidation of Hyperamoeba by Transferring its Species to Other Genera of Myxogastria (2010)
  • 著者名/発表者名: Fiore-Donno, et al.
  • 雑誌名: International Journal of Syatematic and Evolutionary Microbiology 巻: 60 ページ: 2862-2866
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vertical distribution of major sulfate-reducing bacteria in a eutrophic shallow meromictic lake
  • 著者名/発表者名: Kyoko Kubo, Hisaya Kojima, and Manabu Fukui
  • 雑誌名: Systematic and Applied Microbiology 巻: (in press)
  • 査読あり
• [学会発表] 淡水湖の水塊で優占する硫黄酸化細菌の比較ゲノム解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 渡邉友浩、小島久弥、福井 学
  • 学会等名: 第８回日本ゲノム微生物学会
  • 発表場所: 東京農業大学（東京都世田谷区）
• [学会発表] 淡水湖沼の硫黄酸化細菌群集における主要構成種の推定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 渡邉友浩、小島久弥、福井 学
  • 学会等名: 第61回日本生態学会
  • 発表場所: 広島国際会議場（広島県広島市）
• [学会発表] 水界の硫黄循環システムと微生物群集 (2013)
  • 著者名/発表者名: 福井 学
  • 学会等名: 日本進化学会第15回大会
  • 発表場所: 茨城県つくば市(筑波大 学)
  • 年月日: 2013-08-30
• [学会発表] Comparative genomic analysis of two betaproteobacterial sulfur oxidizers, Sulfuricella denitrificans skB26 and Sulfuritalea hydrogenivorans sk43H, isolated from the same freshwater lake (2013)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, T., Kojima, H. and Fukui, M
  • 学会等名: 第５回ヨーロッパ微生物学連合大会
  • 発表場所: ライプチヒ国際会議場（Leipzig, Germany）
• [学会発表] Microbial community structure of a shallow meromictic lake, Lake Harutori, Japan (2013)
  • 著者名/発表者名: Kubo, K., Kojima, H. and Fukui,M
  • 学会等名: 第５回ヨーロッパ微生物学連合大会
  • 発表場所: ライプチヒ国際会議場（Leipzig, Germany）
• [学会発表] Desulfotomaculum sp. SR45T, a novel sulfate reducer possessing multiple copies of 16S rRNA gene with sequence variation (2013)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, M., Kojima, H. and Fukui,M.
  • 学会等名: 第５回ヨーロッパ微生物学連合大会
  • 発表場所: ライプチヒ国際会議場（Leipzig, Germany９
• [学会発表] 水界の硫黄循環システムと微生物群集 (2013)
  • 著者名/発表者名: 福井 学, 小島久弥
  • 学会等名: 第15回進化学会
  • 発表場所: 筑波大学（茨城県つくば市）
• [学会発表] 淡水湖沼の硫黄酸化細菌群集における主要構成種の特定とゲノム解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 渡邉友浩、小島久弥、福井 学
  • 学会等名: 第29回日本微生物生態学会
  • 発表場所: 鹿児島大学（鹿児島県鹿児島市）
• [学会発表] Characteristics of Alicyclobacillaceae bacterium strain skLN1, a novel thermophilic bacterium isolated from freshwater lake sediment (2013)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, M., Kojima, H. and Fukui,M.
  • 学会等名: 第29回日本微生物生態学会
  • 発表場所: 鹿児島大学（鹿児島県鹿児島市）
• [学会発表] 汽水性部分循環湖におけるメタン酸化細菌の群集構造解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小暮耕平、小島久弥、福井 学
  • 学会等名: 第29回日本微生物生態学会
  • 発表場所: 鹿児島大学（鹿児島県鹿児島市）
• [学会発表] 脱窒とカップリングした嫌気 的メタン酸化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 福井 学
  • 学会等名: 日本微生物生態学会第28回大会
  • 発表場所: 愛知県豊橋市(豊橋科学技術大学)
  • 年月日: 2012-09-21
• [学会発表] 水界の硫黄循環システムと微生物群集 (2012)
  • 著者名/発表者名: 福井 学
  • 学会等名: 地球惑星科学合同大会2012年度大会
  • 発表場所: 千葉県船橋市(幕張メッセ)
  • 年月日: 2012-05-24
• [学会発表] Characterization of a novel spore-forming sulfate reducer belonging to the Desulfotomaculum subcluster Ie (2012)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, M.
  • 学会等名: 第28回日本微生物生態学会
  • 発表場所: 豊橋技術科学大学（豊橋市）
• [学会発表] 脱窒とカップルした嫌気的メタン酸化：新規の電子の流れ (2012)
  • 著者名/発表者名: 福井学
  • 学会等名: 第28回日本微生物生態学会
  • 発表場所: 豊橋技術科学大学（豊橋市）
  • 招待講演
• [学会発表] Characterization of a novel sulfate-reducing bacterium, as the second isolated member of the Desulfotomaculum subcluster Ie (2012)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, M.
  • 学会等名: The 14th International Symposium on Microbial Ecology (ISME14)
  • 発表場所: Bella Center (Copenhagen, Denmark)
• [学会発表] Distribution of a sulfur oxidizing bacterium Sulfuricella denitrificans and proteomic insights into cold adaptation (2012)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, T.
  • 学会等名: The 14th International Symposium on Microbial Ecology (ISME14)
  • 発表場所: Bella Center (Copenhagen, Denmark)
• [学会発表] Diversity of sulfate-reducing and sulfur-oxidizing organisms in sediments of Antarctic lakes (2012)
  • 著者名/発表者名: Fukui, M.
  • 学会等名: SCAR Opeen Science Meeting,
  • 発表場所: Hotel Hilton (Portland, USA)
• [学会発表] Spatiotemporal variations in an assemblage of closely related planktonic aerobic methane oxidizing bacteria (2011)
  • 著者名/発表者名: Tsutsumi, Kojima, Fukui
  • 学会等名: FEMS2011
  • 発表場所: Palexpo Geneva Congress Center(スイス)
  • 年月日: 2011-06-28
• [学会発表] Effects of temperature on organic matter decomposition process in anaerobic marine sediment (2010)
  • 著者名/発表者名: Matsui, Kojima, Fukui
  • 学会等名: 第26回日本微生物生態学会
  • 発表場所: つくば(茨城県)
  • 年月日: 2010-11-25
• [学会発表] Isolation and characterization of a p-xylene-degrading sulfate-reducing bacterium (2010)
  • 著者名/発表者名: Higashioka, Kojima, Fukui
  • 学会等名: 第26回日本微生物生態学会
  • 発表場所: つぐば(茨城県)
  • 年月日: 2010-11-25
• [学会発表] Isolation and characterization of a novel sulfate-reducing bacterium capable of degrading p-xylene (2010)
  • 著者名/発表者名: Higashioka, Kojima, Fukui
  • 学会等名: 第13回国際微生物生態学シンポジウム
  • 発表場所: シアトル(米国)
  • 年月日: 2010-08-24
• [学会発表] 水界の硫黄循環システムと微生物群集
  • 著者名/発表者名: 福井学
  • 学会等名: 2012年度地球惑星科学連合大会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県）
• [備考]
  • URL: http://www.lowtem.hokudai.ac.jp/micro-ecol/MicroEcol.htm