分子生物地理からの新海洋区系

2012 年度 実績報告書

• 研究領域: 新海洋像：その機能と持続的利用
• 研究課題/領域番号: 24121004
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 津田 敦 東京大学, 大気海洋研究所, 教授 (80217314)
• 研究分担者: 鈴木 光次 北海道大学, 地球環境科学研究科(研究院), 准教授 (40283452) ; 浜崎 恒二 東京大学, 大気海洋研究所, 准教授 (80277871)
• 研究期間 (年度): 2012-06-28 – 2017-03-31
• キーワード: 海洋生物地理 / 生物海洋 / メタゲノム / 植物プランクトン / バクテリア / カイアシ類 / 太平洋

研究実績の概要

本研究課題は、バクテリア、植物プランクトン、動物プランクトンの2生物群を対象に、最終的には超並列シークエンサーを用いた大量遺伝子解読により、各生物群の群集解析、生物地理、生理活性の地理的変異を解明することを目的として遂行されている。バクテリアでは、手法はすでにほぼ確立されており、太平洋を横断する航海で試料の採集および解析が実施された。細菌群集では「どこにでも全ての種がいるが、環境に適合した種が優占する」といった従来の考え方を覆し、細菌群集は海域固有な種が群集を構成するといった新しい仮説が提唱された。またバクテリア群集を特徴づけるのは相対出現頻度0.1％以下の希少種が全種の6割以上を占め、その重要性が当該海域でも確認された。
植物プランクトンでは、親潮域で観測が行われ光合成の炭素固定にかかわる遺伝子ルビスコrbcLに係る解析が行われ、珪藻類のrbcL遺伝子コピー数と珪藻類指標色素のフコキサンチン濃度との間に高い正の相関が見られ、同遺伝子コピー数が珪藻現存量指標になることが判明した。また、培養実験終了時において、海水中のpCO2とrbcL cDNAコピー数との間に負の相関が見られ、pCO2の増加に伴い珪藻群集の炭素固定活性が低下する可能性が示唆された。さらに、珪藻rbcL cDNAクローニングによる群集系統解析から、珪藻ファイロタイプ毎にCO2の感受性が異なっていたことが示唆された。
動物プランクトンでは、超並列シークエンサーの導入に向けて、手法の開発が行われた。黒潮域に出現したカイアシ類雌成体244個体を用いた探査の結果、核DNAの28S rRNAが、PCR増幅の成功率が高く、種判別が可能で系統関係を反映する変異を含み、400‐600bp程度の配列であり超並列シークエンサーへの応用が可能な部位と特定された。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

3生物群で手法の確立に関して、差はあるが、これは計画の達成度というよりは本プロジェクトを始める時点での対象生物群間での研究の成熟度に依存する。本研究では最も手法の開発で後進であった動物プランクトンにおいても、1年間の研究成果で、ほぼ超並列シークエンサーを用いたメタゲノム解析に道筋はついており、順調または計画以上の進捗といえる。また植物プランクトンを対象とした研究では、半導体式シークエンサーの製品の開発が予定より遅れ、今年度、購入機器を用いた結果が出なかったが、ルビスコの発現解析などがなされ、これも計画を前倒しした成果といえる。微生物を対象とした研究では、DGGE、クローニング、超並列シークエンサーを用いた群集解析が、海盆スケールで展開され、極めて順調な進捗といえる。

今後の研究の推進方策

当該研究分野は、機器の開発、バイオインフォマティクスの進展などが日進月歩の分野であり、情報交換が非常に重要な分野である。各担当はそれぞれの生物群においての、研究情報を収集しているが、各担当者間での情報交換や研究の方向性の修正なども重要となる。このような状況下で、担当者が集まり成果を持ち寄り今後の方向性を議論する班会議を、年に2回程度は開く予定である。また、得られるデータ量が多いため、昨年度出たデータの解析と3生物群の比較を春から夏にかけておこなう。12月からは赤道から南極海までを縦断する白鳳丸航海に、分担者が乗船し、太平洋を横断した航海のデータと合わせることによって、太平洋における生物地理がかなり進展する。また、当該航海では、魚類や大型甲殻類を含むマイクロネクトンも採集し、バクテリアからマイクロネクトンまでの4栄養段階の生物地理および多様性を総合的に解析する予定である。さらに、マイクロネクトンの胃内容物のメタゲノム解析を行うことによって、食物網構造も明らかになることが期待される。10月からは、マイクロネクトンを扱う担当として博士研究員を雇用して研究の推進を図る予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Processes and patterns of oceanic nutrient limitation (2014)
  • 著者名/発表者名: Moore, C.M., M. M. Mills, K. R. Arrigo, I. Berman-Frank, L. Bopp, P. W. Boyd, E. D. Galbraith, R. J. Geider, C. Guieu, S. L. Jaccard, T. D. Jickells, J. La Roche, T. M. Lenton, N. M. Mahowald, E. Maranon, I. Marinov, J. K. Moore, T. Nakatsuka, A. Oschlies, M. A. Saito, T. F. Thingstad, A. Tsuda and O. Ulloa
  • 雑誌名: Nature Geoscience 巻: 10 ページ: -
  • DOI: 10.1038/NGEO1765
  • 査読あり
• [雑誌論文] Species identification of calanoid copepods in the subtropical regions off the coast of Japan by using a new molecular marker ITS2-28S D1/D2 (2013)
  • 著者名/発表者名: Hirai, J
  • 雑誌名: Journal of Plankton Research, 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1093/plankt/fbt016
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of Amur River discharge on phytoplankton photophysiology in the Sea of Okhotsk during late summer. (2013)
  • 著者名/発表者名: Isada, T.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research #8211; Oceans 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1002/jgrc.20159
  • 査読あり
• [雑誌論文] Growth simulation and inhibition of natural phytoplankton community by organic ligands in the western subarctic Pacific (2013)
  • 著者名/発表者名: Kondo, Y.
  • 雑誌名: Journal of Oceanography 巻: 69 ページ: 97-115
  • DOI: 10.1007/s10872-012-0160-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] The MAREDAT global database of high performance liquid chromatography marine pigment measurements (2013)
  • 著者名/発表者名: Peloquin, J.
  • 雑誌名: Earth System Science Data 巻: 5 ページ: 109-123
  • DOI: 10.5194/essd-5-109-2013
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of CO2 and iron availability on phytoplankton and eubacterial community compositions in the northwest subarctic Pacific (2012)
  • 著者名/発表者名: Endo, H
  • 雑誌名: Journal of Experimental Marine Biology and Ecology 巻: 439 ページ: 160-175
  • DOI: 10.1016/j.jembe.2012.11.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Distribution and life history of two planktonic copepods, Rhincalanus nasutus and Rhincalanus rostrifrons, in the northwestern Pacific Ocean (2012)
  • 著者名/発表者名: Shimode, S.
  • 雑誌名: Deep-Sea Research I 巻: 65 ページ: 133-145
  • 査読あり
• [雑誌論文] Variations of net primary productivity and phytoplankton community composition in the Southern Ocean as estimated from ocean-color remote sensing data (2012)
  • 著者名/発表者名: Takao, S
  • 雑誌名: Biogeosciences 巻: 9 ページ: 3875-3890
  • DOI: 10.5194/bg-9-3875-2012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Growth and succession patterns of major phylogenetic groups of marine bacteria during a mesocosm diatom bloom (2012)
  • 著者名/発表者名: Tada, Y.
  • 雑誌名: Journal of Oceanography 巻: 68 ページ: 509-519
  • 査読あり
• [学会発表] 亜熱帯循環におけるカイアシ類のメタ28S rDNA解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 平井惇也
  • 学会等名: 日本海洋学会春季大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2013-03-23
• [学会発表] 超高速液体クロマトグラフ（UHPLC）を用いた海洋植物プランクトン色素の分析法の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 鈴木光次
  • 学会等名: 日本海洋学会春季大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2013-03-22
• [学会発表] 北太平洋外洋域における植物プランクトン群集の多様性と生物地理 (2013)
  • 著者名/発表者名: 杉江恒二
  • 学会等名: 日本海洋学会春季大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2013-03-22
• [学会発表] rbcL遺伝子からみた春季親潮域の珪藻類に対するCO2の効果 (2013)
  • 著者名/発表者名: 遠藤寿
  • 学会等名: 日本海洋学会春季大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2013-03-22
• [学会発表] 南北太平洋貧栄養海域におけるヒ酸塩およびリン酸塩の空間分布 (2013)
  • 著者名/発表者名: 諏訪修平
  • 学会等名: 日本海洋学会春季大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2013-03-21
• [学会発表] 南北太平洋貧栄養海域における易分解性溶存有機態リンの空間分布 (2013)
  • 著者名/発表者名: 櫻庭涼輔
  • 学会等名: 日本海洋学会春季大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2013-03-21
• [学会発表] 太平洋亜熱帯および赤道域における硫化ジメチルの海表面濃度分布と大気海洋間フラックス (2013)
  • 著者名/発表者名: 大森裕子
  • 学会等名: 日本海洋学会春季大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2013-03-21
• [学会発表] The rare bacterial biosphere in the tropical and subtropical Pacific Oceans (2013)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, S.
  • 学会等名: CER International workshop on Biogeochemical cycling and Microbial Ecology for Young Scientists
  • 発表場所: 滋賀
  • 年月日: 2013-03-19
• [学会発表] A metagenomic method for marine planktonic copepods using 454 pyrosequncing of 28S rDNA gene (2013)
  • 著者名/発表者名: Hirai, J
  • 学会等名: ASLO meeting
  • 発表場所: New Orleans
  • 年月日: 2013-02-17
• [学会発表] Early life cycle of Neocalanus copepods in the Oyashio region, western North Pacific (2013)
  • 著者名/発表者名: Fujioka, H.
  • 学会等名: ASLO meeting
  • 発表場所: New Orleans
  • 年月日: 2013-02-17
• [学会発表] Air-sea fluxes of dimethyl sulfide and carbon dioxide measured by the gradient technique in the subtropical and equatorial Pacific Ocean (2012)
  • 著者名/発表者名: Omori, Y.
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 発表場所: San Francisco
  • 年月日: 2012-12-11
• [学会発表] Early life cycle of Neocalanus plumchrus and Neocalanus flemingeri in the Oyashio region, western north Pacific (2012)
  • 著者名/発表者名: Fujioka, H.
  • 学会等名: PICES Annual Meeting
  • 発表場所: 広島
  • 年月日: 2012-10-23
• [学会発表] Ontogenetic vertical migration of two tropical-subtropical copepods, Rhincalanus nasutus and Rhincalanus rostrifrons, in the northwestern Pacific Ocean: Implication for a variety of life history strategies of Rhincalanus (2012)
  • 著者名/発表者名: Shimode, S
  • 学会等名: PICES Annual Meeting
  • 発表場所: 広島
  • 年月日: 2012-10-23
• [学会発表] 黒潮周辺海域におけるカイアシ類のメタゲノム解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 平井惇也
  • 学会等名: 日本海洋学会秋季大会
  • 発表場所: 清水
  • 年月日: 2012-09-26
• [学会発表] 未培養なアンモニア酸化能を有する海洋古細菌の集積培養と系統的研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 伊知地稔
  • 学会等名: 日本微生物生態学会年会
  • 発表場所: 豊橋
  • 年月日: 2012-09-20
• [学会発表] 太平洋超貧栄養海域における細菌および古細菌の群集構造 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鈴木翔太郎
  • 学会等名: 日本微生物生態学会年会
  • 発表場所: 豊橋
  • 年月日: 2012-09-20
• [学会発表] Bromodeoxyuridine incorporation techniques reveal actively growing bacteria in a temperate coastal water of Hiroshima Bay, western Japan (2012)
  • 著者名/発表者名: Hamasaki, K
  • 学会等名: 14th ISME meeting
  • 発表場所: Copenhagen
  • 年月日: 2012-08-22
• [学会発表] Mixed layer depth and chlorophyll a concentration in winter (2012)
  • 著者名/発表者名: Ito, S.
  • 学会等名: ASLO Meeting
  • 発表場所: 大津
  • 年月日: 2012-07-21
• [学会発表] Responses of phytoplankton assemblages in pCO2 level during the spring bloom in the Oyashio region (2012)
  • 著者名/発表者名: Endo, H.
  • 学会等名: ASLO Aquatic Sciences Meeting
  • 発表場所: 大津
  • 年月日: 2012-07-11
• [学会発表] Photosynthetic properties of marine aerobic anoxygenic phototrophic bacteria as estimated from variable bacteriochlorophyll fluorescence (2012)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, K.
  • 学会等名: ASLO Aquatic Sciences Meeting
  • 発表場所: 大津
  • 年月日: 2012-07-11
  • 招待講演
• [学会発表] Bacterial community structures in relation to multiple environmental factors in the Kuroshio-Oyashio transition of the western North Pacific (2012)
  • 著者名/発表者名: Hamasaki, K
  • 学会等名: ASLO Aquatic Sciences Meeting
  • 発表場所: 大津
  • 年月日: 2012-07-10