イネ根に共生する細菌の群集構造変動機構の解明

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14J09473
• 研究機関: 独立行政法人農業環境技術研究所
• 研究代表者: 大久保 卓 独立行政法人農業環境技術研究所, 生物生態機能研究領域, 特別研究員(PD)
• 研究期間 (年度): 2014-04-25 – 2017-03-31
• キーワード: イネ / 16S rRNA / Methylosinus / Bradyrhizobium / 二酸化炭素

研究実績の概要

１、大気中の二酸化炭素濃度上昇が水稲根共生細菌へ与える影響
大気中の二酸化炭素濃度上昇が水稲根共生細菌の群集構造やメタン酸化、生成菌の共生菌数に与える影響、水稲品種間での影響の違いをFACE（開放系大気CO2増加）実験施設水田で栽培した水稲を用いて調べた。16S rRNA遺伝子配列解析により、水稲根共生細菌の群集構造は、大気中の二酸化炭素濃度上昇により統計的に有意に変化することが明らかとなった。メタン酸化細菌であるMethylosinus属の存在比率は、二酸化炭素濃度上昇により低下した。大気中の二酸化炭素濃度上昇と品種の交互作用は、統計的に有意な効果は認められなかった。FACE実験施設を用いた過去の研究により、大気中の二酸化炭素濃度上昇により、水田からのメタン放出量が増加することが報告されている。増加の原因は、水稲のバイオマスの増大等により根圏の有機物が増加し、メタン生成量が増加するためであると考えられてきたが、本研究によりメタン放出量増加の一因は、メタン酸化量の減少にあることが示唆された。
２、水稲根に共生する細菌群集構造の時系列変動
幼穂形成期と登熟期の水稲根に共生する細菌の群集構造解析を行った。幼穂形成期の水稲根ではBurkholderia属、登熟期ではメタン酸化細菌（Methylosinus属）やC1化合物代謝能を持つ細菌（Bradyrhizobium属等）が高頻度で検出され、１か月半程度の短期間で群集構造が大きく変化することが明らかになった。幼穂形成期と登熟期の間には、水田土壌で生成されたメタンが水稲根を通り大気中に大量に放出されている。水稲根におけるメタン濃度の増加がメタン酸化細菌やＣ１化合物代謝細菌の存在比率を高めたと推測された。水稲根に共生する細菌群集構造の変動要因として、メタンが重要な役割を果たしている可能性が強く示唆された。

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

イネ根に共生する細菌の群集構造を規定する要因として、メタン等のC1化合物が重要であるという仮説が得られた。大気二酸化炭素濃度上昇により、根に共生するメタン酸化細菌、C1化合物代謝細菌の存在比が減少することも発見し、メタン以外の要因もメタン酸化細菌、C1化合物代謝細菌数に影響を与えることを見出した。

今後の研究の推進方策

施肥や大気二酸化炭素濃度等の条件を変えて栽培したイネに根に共生するメタン酸化菌の菌数や活性を調べ、根に共生するメタン酸化細菌、C1化合物代謝細菌に影響を与える要因を特定する。

研究成果

• [雑誌論文] Elevated atmospheric CO2 levels affect community structure of rice root-associated bacteria (2015)
  • 著者名/発表者名: Takashi Okubo, Dongyan Liu, Hirohito Tsurumaru, Seishi Ikeda, Susumu Asakawa, Takeshi Tokida, Kanako Tago, Masahito Hayatsu, Naohiro Aoki, Ken Ishimaru, Kazuhiro Ujiie, Yasuhiro Usui, Hirofumi Nakamura, Hidemitsu Sakai, Kentaro Hayashi, Toshihiro Hasegawa and Kiwamu Minamisawa
  • 雑誌名: Frontiers in Microbiology 巻: 6 ページ: Article 136
  • DOI: 10.3389/fmicb.2015.00136
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Insecticide-Degrading Burkholderia Symbionts of the Stinkbug Naturally Occupy Various Environments of Sugarcane Fields in a Southeast Island of Japan (2015)
  • 著者名/発表者名: Kanako Tago, Takashi Okubo, Hideomi Itoh, Yoshitomo Kikuchi, Tomoyuki Hori, Yuya Sato, Atsushi Nagayama, Kentaro Hayashi, Seishi Ikeda, Masahito Hayatsu
  • 雑誌名: Microbes and Environments 巻: 30 ページ: 29-36
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME14124
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Environmental Factors Shaping the Community Structure of Ammonia-Oxidizing Bacteria and Archaea in Sugarcane Field Soil (2015)
  • 著者名/発表者名: Kanako Tago, Takashi Okubo, Yumi Shimomura, Yoshitomo Kikuchi, Tomoyuki Hori, Atsushi Nagayama, Masahito Hayatsu
  • 雑誌名: Microbes and Environments 巻: 30 ページ: 21-28
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME14137
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effects of Elevated Carbon Dioxide, Elevated Temperature, and Rice Growth Stage on the Community Structure of Rice Root–Associated Bacteria (2014)
  • 著者名/発表者名: Takashi Okubo, Takeshi Tokida, Seishi Ikeda, Zhihua Bao, Kanako Tago, Masahito Hayatsu, Hirofumi Nakamura, Hidemitsu Sakai, Yasuhiro Usui, Kentaro Hayashi, Toshihiro Hasegawa, Kiwamu Minamisawa
  • 雑誌名: Microbes and Environments 巻: 29 ページ: 184-190
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME14011
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A Fine-Scale Phylogenetic Analysis of Free-Living Burkholderia Species in Sugarcane Field Soil (2014)
  • 著者名/発表者名: Kanako Tago, Hideomi Itoh, Yoshitomo Kikuchi, Tomoyuki Hori, Yuya Sato, Atsushi Nagayama, Takashi Okubo, Ronald Navarro, Tomo Aoyagi, Kentaro Hayashi, Masahito Hayatsu
  • 雑誌名: Microbes and Environments 巻: 29 ページ: 434-437
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME14122
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Phylogeny and Functions of Bacterial Community Associated with Field-Grown Rice Shoots (2014)
  • 著者名/発表者名: 大久保 卓
  • 学会等名: 環境微生物系学会合同大会2014
  • 発表場所: アクトシティ浜松コングレスセンター
  • 年月日: 2014-10-22 – 2014-10-24