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2017 年度 実績報告書

温室効果ガス発生の新犯人―植物体で機能する微生物の脱窒代謝系の解明

研究課題

研究課題/領域番号 16H05059
研究機関国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構

研究代表者

多胡 香奈子  国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農業環境変動研究センター, 主任研究員 (20432198)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード脱窒菌
研究実績の概要

これまでに温室効果ガスの1つである一酸化窒素(N2O)が、施肥や降雨後の土壌からではなく収穫前後に圃場に残された作物体自体(作物残さ)から直接発生していることを突き止めた。このN2O発生は脱窒によるものと仮説を立て、作物体を起点とした窒素代謝経路の全貌を明らかにすることを目的として研究を実行した。
実際に脱窒菌を作物残さから分離することに成功した。分離した脱窒菌は複数種に及んでいたことから、様々な細菌が作物残さ上での脱窒とN2O発生に関与していることが示唆された。分離した脱窒菌の能力は、培養液中に添加した硝酸(約10mM)を30時間以内で完全に消費するほどの高い能力を有していた。次に分離した脱窒菌の中から代表株を選んでゲノム解析を行うこととした。そのためにまずゲノム解析用にハイスペックなパソコンを設置し、必要なゲノム解析ソフトを整備した。分離株ゲノムのシーケンスデータからアセンブルを行い、この菌株のゲノムは約5.6Mbpで、circlerとlinearの染色体をそれぞれ1つと巨大プラスミドを有していることが分かった。次に既知の遺伝子との分離株ゲノムのアノテーションを行い、KEGGにより代謝MAPを調べた。その結果、この菌株は脱窒代謝系を有していることが確認でき、またN2O還元酵素遺伝子を有していなかったことからN2Oを発生するタイプであることが明らかとなった。最終産物がN2Oであることは脱窒菌の培養液の気相をGC-MSで分析した結果からも支持された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

これまで一般的なパソコンを用いてゲノム解析を行っていたが、ハイスペックなパソコンを導入・整備することで作業時間が短縮できかつクオリティの高いゲノムデータを得ることができるようになった。また脱窒菌は複数種であったことから、当初は1菌株のみゲノムを調べる予定だったが、複数種のゲノムも調べることで作物残さで機能する脱窒菌の代謝のパターンが明らかになると考え追加で解析を進めている。一方本年度の研究実施計画ではトランスクリプトーム解析も行う予定であったが、トランスクリプトーム解析にはゲノム解析の結果が必要であるため現時点では解析に至っていない。そのためやや遅れているとした。

今後の研究の推進方策

本年度はゲノム解析の環境整備及び追加の解析を行ったため全体的に時間を要したが、トランスクリプトーム解析は解析データ(未処理)はあるのでこれを速やかに解析する。またメタボローム解析から得られた結果をさらに発展させるために新たに分析技術を取得する。以上により研究を総合に解釈し、論文投稿を目指す。

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公開日: 2018-12-17  

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