水田土壌中のヒ素動態に関与する微生物群集構造と機能遺伝子の解析

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22K20587
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 0602:生産環境農学およびその関連分野
• 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: 伊藤 虹児 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農業環境研究部門, 研究員 (70828863)
• 研究期間 (年度): 2022-08-31 – 2024-03-31
• キーワード: 水田土壌 / 異化的ヒ酸還元酵素遺伝子 / メタトランスクリプトーム / 黒ボク土 / 土壌RNA

研究成果の概要

本研究では国内の水田土壌を湛水培養し、そこから抽出したRNAを用いてメタトランスクリプトームによるAs代謝遺伝子(arrA, ttrA, arsM)の発現解析を行なった。異化的ヒ酸還元酵素遺伝子としては、arrAよりもttrAの発現量が多かったことから、当該遺伝子がAsの還元溶解に関与していることが示唆された。主なttrAの発現宿主は土壌ごとに異なったものの、鉄、或いは硫黄還元細菌として知られるグループがAs還元溶解の鍵となる微生物であることが示唆された。さらに、多様な微生物がarsMを発現し、その発現量が3日目から9日目にかけて5 ~ 13.2倍に増加することが示された。

自由記述の分野

土壌微生物学

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では日本の水田土壌中で土壌溶液中Asの供給源となり得る異化的As(V)還元酵素遺伝子として、これまで世界的に研究されてきたarrAではなく、ttrAが高度に転写されていることを見出した。ttrAを発現する微生物は鉄あるいは硫酸還元細菌として知られるグループであることが明らかとなった。また、As呼吸によってAs(III)が蓄積したタイミングで多様な微生物がAs(III)メチル化遺伝子arsMを発現することが明らかとなった。これらの結果は国内の水田においてAsの生物地球化学的循環を駆動する微生物の指標を与えるものであり、将来的にコメのヒ素汚染リスクを予測する上で有用な情報となる。