植物プランクトンと多様な菌類の寄生関係：変動環境下における感染症動態の解明

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H02943
• 研究機関: 東邦大学
• 研究代表者: 鏡味 麻衣子 東邦大学, 理学部, 准教授 (20449250)
• 研究分担者: 出川 洋介 筑波大学, 生命環境系, 助教 (00311431) ; 朴 虎東 信州大学, 学術研究院理学系, 教授 (20262686) ; 千賀 有希子 東邦大学, 理学部, 准教授 (30434210) ; 辻 彰洋 独立行政法人国立科学博物館, 植物研究部, 研究主幹 (40356267) ; 伴 修平 滋賀県立大学, 環境科学部, 教授 (50238234) ; 田辺 雄彦 筑波大学, 藻類バイオマスエネルギーシステム開発研究センター, 主任研究員 (80391126) ; 細井 祥子 (田辺祥子) 滋賀県立大学, 環境科学部, 准教授 (80423226)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 生物多様性 / 環境変動 / 微生物

研究実績の概要

植物プランクトンと菌類の遺伝子レベルでの対応関係（宿主特異性）をSingle Cell PCRおよび次世代シークエンス解析により網羅的に解析した。その結果、宿主である植物プランクトン１種類に複数の菌類が寄生していることが明らかとなった。さらに、植物プランクトン１細胞レベルにおいても、複数の菌類が２重に寄生して存在していることが次世代シークエンス解析から明らかとなった。複数の菌類が植物プランクトン１細胞に寄生しているというよりは、植物プランクトンに寄生している菌類に寄生する菌類（Hyperparasite)が存在する可能性が高い。
宿主である植物プランクトンの遺伝子型を解析したところ、１種と考えていた緑藻類が２種であったことが判明し、スペシャリスト（１種の宿主にしか寄生していない）と考えていた菌類は、複数の植物プランクトンに寄生するジェネラリストである結果に覆った。菌類の宿主特異性を感染実験により検証した結果、遺伝子レベルで明らかとなったスペシャリストとジェネラリストの存在が裏付けられた。
藻類のツボカビによる寄生率の季節変動を調べ、環境要因との関係を解析した。印旛沼では、ツボカビの密度の変動には動物プランクトンの中でもワムシが関与している可能性が浮かび上がってきた。ドイツの湖沼においても、ツボカビの寄生率には動物プランクトンが影響している可能性が高いことが明らかとなった。野外操作実験の結果、動物プランクトンのうち、ケンミジンコとミジンコといった大型の甲殻類動物プランクトンよりも、ワムシや原生生物など小型の動物プランクトンがツボカビの寄生率に影響を与える可能性が出てきた。これらの結果をふまえ、環境要因と感染症動態の関係を長期変動データを用いてより詳細に解析するとともに、数理モデルを構築し、感染症の動態に動物プランクトンが影響しうる条件について検討している。

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

印旛沼に加え、ドイツの湖沼で季節変動を調べ、両者を比べることで、ツボカビ感染症をより一般化して解析できる機会となった。次世代シークエンサーを用いた解析や、感染実験など予想以上に進展した一方で、ドイツの湖沼での調査とデータ取得に時間がかかり、解析や論文執筆は予定よりも遅れた。
予定していた菌類のゲノム解析は、培養系から十分なDNA量を得られない、もしくはバクテリアなど他の生物が混入していることが原因で、試料の調整がうまくいかず、解析が進まなかった。

今後の研究の推進方策

ドイツの湖沼で得られたデータは貴重であり、今後データの解析を共同で行うことで論文執筆と公表に向けてスピードアップを図る。またレビューや学会の招待講演などの形で、得られた成果を積極的に宣伝していく。
菌類のゲノム解析は、アメリカの共同研究者からアドバイスをもらうとともに、先進ゲノム支援に応募し、菌類と藻類のゲノム解析を進展させる。

研究成果

• [国際共同研究] IGB-Berlin(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: IGB-Berlin
• [国際共同研究] NIOO(オランダ)
  • 国名: オランダ
  • 外国機関名: NIOO
• [国際共同研究] University of Gothenburg(スウェーデン)
  • 国名: スウェーデン
  • 外国機関名: University of Gothenburg
• [雑誌論文] Spatial heterogeneity in induced defense of Brachionus calyciflorus within a single lake caused by the bed of floating-leaved macrophyte Trapa species (2018)
  • 著者名/発表者名: Yurie Otake; Maiko Kagami, Takeo Kuriyama, Takehito Yoshida
  • 雑誌名: Limnology 巻: ー ページ: ー
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fungal community structure at pelagic and littoral sites in Lake Biwa determined with high-throughput sequencing (2018)
  • 著者名/発表者名: Peixue Song, Shoko Tanabe, Rong Yi, Maiko Kagami, Xin Liu, Syuhei Ban
  • 雑誌名: Limnology 巻: 19 ページ: 241-251
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Pendulichytrium sphaericum gen. et sp. nov. (Chytridiales, Chytriomycetaceae), a new chytrid parasitic on the diatom, Aulacoseira granulata (2018)
  • 著者名/発表者名: Kensuke Seto, Yousuke Degawa
  • 雑誌名: Mycoscience 巻: 59 ページ: 59-66
  • DOI: 10.1016/j.myc.2017.08.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Collimyces mutans gen. et sp. nov. (Rhizophydiales, Collimycetaceae fam. nov.), a New Chytrid Parasite of Microglena (Volvocales, clade Monadinia) (2018)
  • 著者名/発表者名: Kensuke Seto, Yousuke Degawa
  • 雑誌名: Protist 巻: ー ページ: ー
  • DOI: 10.1016/j.protis.2018.02.006
  • 査読あり
• [雑誌論文] A new parasitic chytrid, Staustromyces oculus (Rhizophydiales, Staurastromycetaeae fam. nov.), infecting the freshwater desmid Staurastrum sp.. (2017)
  • 著者名/発表者名: Silke van den Wyngaert, Kensuke Seto, Keilor Rojas-Jimenez, Maiko Kagami, Hans-Peter Grossart
  • 雑誌名: Protist 巻: 168 ページ: 392-407
  • DOI: 10.1016/j.protis.2017.05.001.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Phytoplankton species abundance in Lake Inba (Japan) from 1986 to 2016 (2017)
  • 著者名/発表者名: Akemi Iwayama, Hisako Ogura, Yukio Hirama, Chun-Wei Chang, Chih-hao Hsieh, Maiko Kagami
  • 雑誌名: Ecological Research 巻: 32 ページ: 783-783
  • DOI: 10.1007/s11284-017-1482-z
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Vertical distributions of Pu and radiocesium isotopes in sediments from Lake Inba after the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident: Source identification and accumulation. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ligua Cao, Nobuyoshi Ishii, Jian Zheng, Maiko Kagami, Shaoming Pan, Keiko Tagami, Shigeo Uchida
  • 雑誌名: Applied Geochemistry 巻: 78 ページ: 287-294
  • DOI: 10.1016/j.apgeochem.2017.01.012
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Integrating chytrid fungal parasites into plankton ecology. Research gaps and needs. (2017)
  • 著者名/発表者名: Frenken T, Alacid E, Berger SA, Bourne EC, Gerphagnon M, Grossart HP, Gsell AS, Ibelings BW, Kagami M, Kupper FC, Letcher PM, Loyau A, Miki T, Nejstgaard JC, Rasconi S, Rene A, Rohrlack T, Rojas‐Jimenez K, Schmeller DS, Scholz B, Seto K, (略）Agha R
  • 雑誌名: Environmental Microbiology 巻: 19 ページ: 3802-3822
  • DOI: 10.1111/1462-2920.13827
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 感染症と生態系機能：生物多様性および食物網を考慮に入れたプランクトン感染症動態 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鏡味麻衣子、瀬戸健介、三木健
  • 学会等名: 日本生態学会第65回全国大会
  • 招待講演
• [学会発表] 珪藻寄生性ツボカビの多様性と生態学的機能ー分類学的研究から動態解析へー (2018)
  • 著者名/発表者名: 瀬戸健介, 出川洋介, 鏡味麻衣子
  • 学会等名: 日本生態学会第65回全国大会
  • 招待講演
• [学会発表] 珪藻寄生性菌類がバクテリア群集構造およびDOM組成に与える影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鏡味麻衣子，千賀有希子，Jason Woodhouse, Christian Wurzbacher, Hans-Peter Grossart
  • 学会等名: 日本陸水学会第８２回大会
• [学会発表] 印旛沼におけるMicrocystis aeruginosaの遺伝的多様性と分布パターン (2017)
  • 著者名/発表者名: 岡崎一眞, 田辺雄彦、鏡味麻衣子
  • 学会等名: 日本陸水学会第８２回大会
• [学会発表] Aulacoseira属珪藻寄生性ツボカビの系統的位置および宿主特異性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 瀬戸健介，鏡味麻衣子、出川洋介
  • 学会等名: 日本陸水学会第８２回大会
• [学会発表] Seasonal variation of fungal community, especially zoosporic fungi, in Lake Biwa based on LSU region of rDNA (2017)
  • 著者名/発表者名: Peixue Song, Rong Yi, Shoko Tababe, Syuhei Ban, Maiko Kagami
  • 学会等名: 日本陸水学会第８２回大会
• [学会発表] Parasitic fungi modulate algal-bacterial interactions and DOM composition (2017)
  • 著者名/発表者名: Maiko Kagami, Yukiko Senga, Jason Woodhouse, Christian Wurzbacher, Hans-Peter Grossart
  • 学会等名: 15th Symposium on Aquatic Microbial Ecology
  • 国際学会
• [学会発表] Phylogenetic, morphological and host range diversity of three parasitic chytrids, infecting colonial volvocacean algae (2017)
  • 著者名/発表者名: Silke Van den Wyngaert, Keilor Rojas-Jimenez, Maiko Kagami, Hans-Peter Grossart
  • 学会等名: 15th International Congress of Protistology
  • 国際学会
• [学会発表] A novel chytrid species parasitic on the green algae, Microglena (Volvocales) (2017)
  • 著者名/発表者名: Kensuke Seto, Yousuke Degawa
  • 学会等名: 15th International Congress of Protistology
  • 国際学会
• [備考] 横浜国立大学環境情報研究院水域生態学研究室
  • URL: https://makagami.wixsite.com/mycoloop