• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2022 年度 実施状況報告書

「水生植物-表層共生細菌相互作用解析によるホロビオント共進化機構の解明」

研究課題

研究課題/領域番号 21K18239
研究機関北海道大学

研究代表者

森川 正章  北海道大学, 地球環境科学研究院, 教授 (20230104)

研究分担者 小山 時隆  京都大学, 理学研究科, 准教授 (30324396)
研究期間 (年度) 2021-07-09 – 2024-03-31
キーワード共生微生物 / 表層細菌 / ウキクサ / ホロビオント / 相利共生 / 植物成長促進因子
研究実績の概要

土壌環境とは大きく異なり、分子が拡散しやすい水環境には、特有の相利共生の世界が存在する。本研究課題では、ウキクサ科植物を対象として、微生物学的研究と植物生理学的研究の両面から総合的に取り組み、未開拓領域である「陸圏水生植物-共生細菌ホロビオントの共進化」を探究し、持続的な地球生物圏形成の理解に一石を投じることを最終目標とする。本年度の実績概要は以下の通りである。
微生物学的研究:ウキクサ成長促進細菌Bacillus altitudinis MRB10の共生機構解析を進めるなかで、自然突然変異株(以下、BX)を偶然に取得した。BXはMRB10由来成長促進因子を生産せず、逆にコウキクサの成長を大きく阻害した。そこでコウキクサ共培養液中からBXが生産する成長阻害因子を探索した結果、1-Butanolで抽出可能な低分子化合物群であることが判った。一方、植物とは共生しない窒素固定土壌細菌Azotobacter vinelandiiがコウキクサ表層で増殖し、窒素を含まない水環境でもコウキクサを生育させうることを発見した。さらに、この相利共生関係はコウキクサに対して限定的であることも判った。
植物生理学的研究:成長促進細菌Pseudomonas fulva Ps6がコウキクサ(Lemna minor)の遺伝子発現に与える影響評価を行った。その結果、鉄の利用効率を著しく上昇させていることを見出した。関連して応答する転写制御ネットワークも明らかとなった。培地成分が主要栄養分(窒素、リン等)に比べて比較的鉄に富んでいることから、培地からの鉄取り込み効率の上昇ではないことが示唆された。さらに、ウキクサ成長/遺伝子発現様式の安定的な再現性を得るには、明暗周期をもつ外部環境が重要であることを見出した。

現在までの達成度 (区分)
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

当初計画の一部が遅れている一方で、予想外の新たな展開があった。

今後の研究の推進方策

微生物学的研究については、MRB10由来ウキクサ成長促進因子:カルボキシペプチダーゼの活性中心変異酵素を作成して、その構造-機能相関の理解を目指す。当該遺伝子大量発現系を構築し、植物側の影響について解析するための準備を進める。BX由来ウキクサ成長阻害因子の化学構造を決定すると共に、異なるウキクサ種への影響を調べる。さらに、Ps6由来ウキクサ成長促進因子の特定を目指す。
植物生理学的研究については、P23, MRB10, Ps6それぞれの細菌共生時のコウキクサの遺伝子発現応答について比較し、それぞれの特異的応答と普遍的応答を整理し、それぞれの株の成長促進効果に伴う植物の生理学的応答(色、根、外部環境依存性)と応答遺伝子群を対応づける。さらに成長促進因子(物質)に対する遺伝子発現応答を調べることで、成長促進メカニズムの本質的な要因にアプローチする。

次年度使用額が生じた理由

理由:コロナ禍の影響等によりプラスチック類のメーカー長期在庫不足が生じ、予定していた消耗品の一部が調達できなかったため。
使用計画:次年度内には調達できる見込みである。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] カセサート大学/マヒドン大学/コンケン大学(タイ)

    • 国名
      タイ
    • 外国機関名
      カセサート大学/マヒドン大学/コンケン大学
    • 他の機関数
      4
  • [雑誌論文] Spontaneous cell lysis by Pelomonas saccharophila MRB3 provides plant-available macronutrients in hydroponic growth media and accelerates biomass production of duckweed2023

    • 著者名/発表者名
      Ishizawa Hidehiro、Kaji Yukiko、Shimizu Yuki、Kuroda Masashi、Inoue Daisuke、Makino Ayaka、Nakai Ryosuke、Tamaki Hideyuki、Morikawa Masaaki、Ike Michihiko
    • 雑誌名

      Journal of Water and Environment Technology

      巻: 21 ページ: 49~58

    • DOI

      10.2965/jwet.22-054

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Diazotrophic bacterium Azotobacter vinelandii as a mutualistic growth promoter of an aquatic plant: Lemna minor2022

    • 著者名/発表者名
      Shuvro Sajjad Kamal、Jog Rahul、Morikawa Masaaki
    • 雑誌名

      Plant Growth Regulation

      巻: 100 ページ: 171~180

    • DOI

      10.1007/s10725-022-00948-0

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Growth Promotion of Giant Duckweed Spirodela polyrhiza (Lemnaceae) by Ensifer sp. SP4 Through Enhancement of Nitrogen Metabolism and Photosynthesis2022

    • 著者名/発表者名
      Toyama Tadashi、Mori Kazuhiro、Tanaka Yasuhiro、Ike Michihiko、Morikawa Masaaki
    • 雑誌名

      Molecular Plant-Microbe Interactions

      巻: 35 ページ: 28~38

    • DOI

      10.1094/MPMI-06-21-0157-R

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Circadian-period variation underlies the local adaptation of photoperiodism in the short-day plant Lemna aequinoctialis2022

    • 著者名/発表者名
      Muranaka Tomoaki、Ito Shogo、Kudoh Hiroshi、Oyama Tokitaka
    • 雑誌名

      iScience

      巻: 25 ページ: 104634~104634

    • DOI

      10.1016/j.isci.2022.104634

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Siderophore for Lanthanide and Iron Uptake for Methylotrophy and Plant Growth Promotion in Methylobacterium aquaticum Strain 22A2022

    • 著者名/発表者名
      Juma Patrick Otieno、Fujitani Yoshiko、Alessa Ola、Oyama Tokitaka、Yurimoto Hiroya、Sakai Yasuyoshi、Tani Akio
    • 雑誌名

      Frontiers in Microbiology

      巻: 13 ページ: 921635

    • DOI

      10.3389/fmicb.2022.921635

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Dual function of environmental bacteria that enable duckweed prosperity2022

    • 著者名/発表者名
      Masaaki Morikawa
    • 学会等名
      6th International Conference on Duckweed Research and Applications
    • 国際学会
  • [学会発表] A soil bacterium Azotobacter vinelandii contributes to growth promotion of duckweed through nitrogen fixation, bacterial synergism and EPS production2022

    • 著者名/発表者名
      Sajjad Kamal, Rahul Jog, Masaaki Morikawa
    • 学会等名
      6th International Conference on Duckweed Research and Applications
    • 国際学会
  • [学会発表] Variability of chronobiological characteristics in duckweed2022

    • 著者名/発表者名
      Tokitaka Oyama
    • 学会等名
      6th International Conference on Duckweed Research and Applications
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Spontaneous cell Lysis by Pelomonas saccharophila MRB3 provides plant-available macronutrients in hydroponic growth media and accelerates biomass production of duckweed2022

    • 著者名/発表者名
      Hidehiro Ishizawa, Yukiko Kaji, Yuki Shimizu, Masashi Kuroda, Daisuke Inoue, Ayaka Makino, Ryosuke Nakai, Hideyuki Tamaki, Masaaki Morikawa, Michihiko Ike
    • 学会等名
      日本水環境学会年会2022年度大会
  • [学会発表] 微細藻類との栄養競合を回避しつつウキクサの成長を担保する環境細菌2022

    • 著者名/発表者名
      Yeni Khairina, Rahul Jog, 森川正章
    • 学会等名
      環境バイオテクノロジー学会2022年度大会
  • [学会発表] Reconstruction of a duckweed holobiont that reduces nutrient competition with microalgae2022

    • 著者名/発表者名
      Huyen Thi Thanh Pham, Masaaki Morikawa
    • 学会等名
      環境バイオテクノロジー学会2022年度大会
  • [学会発表] ウキクサ-微生物共培養法により分離培養した新規細菌捕食性細菌の性質2022

    • 著者名/発表者名
      森下陽介、田中靖浩、山村英樹、菅野 学、玉木秀幸、鎌形洋一、森川正章、遠山 忠、森 一博
    • 学会等名
      微生物生態学会2022年度大会
  • [学会発表] 水生植物ウキクサの成長を促進する新規Verrucomicrobiota門細菌 hF2-5株の系統と生理特性2022

    • 著者名/発表者名
      牧野 彩花、中井 亮佑、田中靖浩、森川 正章、鎌形 洋一、玉木秀幸
    • 学会等名
      微生物生態学会2022年度大会
  • [図書] Design of Materials and Technologies for Environmental Remediation2023

    • 著者名/発表者名
      Shunitz Tanaka, Masaaki Kurasaki, Masaaki Morikawa, Yuichi Kamiya
    • 総ページ数
      681
    • 出版者
      Springer
    • ISBN
      978-981-19-5235-7
  • [備考] SATREPS タイ国・生物循環グリーン経済実現に向けたウキクサホロビオント資源価値の包括的開拓

    • URL

      https://www.jst.go.jp/global/kadai/r0204_thailand.html

URL: 

公開日: 2023-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi