植物共生微生物のメタゲノム解析による物質循環機能の解明

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23248052
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 環境農学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 南澤 究 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (70167667)
• 研究分担者: 信濃 卓郎 独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構, 東北農業研究センター, 農業放射線研究センター長 (20235542) ; 池田 成志 独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構, 北海道農業研究センター, 主任研究員 (20396609) ; 山下 明史 東北大学, 大学院生命科学研究科, 助教 (00573180) ; 岡崎 圭毅 独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構, 北海道農業研究センター, 研究員 (40414750)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 植物共生微生物 / メタゲノム解析 / 物質代謝 / 植物マークロビオーム / メタン酸化 / 窒素施肥

研究概要

植物根圏の物質循環における植物共生菌の役割を知るために、メタゲノム解析によりそれらの物質代謝機能を明らかにすることを目的とした。窒素条件の異なる水田に栽培したイネ根に生息している細菌群集のメタゲノム解析の結果、メタン酸化遺伝子の相対存在比が低窒素環境で上昇していた。日本晴とイネ共生遺伝子CCaMK変異体は、低窒素区においてメタンフラックスが約２倍上昇した。種々の解析の結果、イネCCaMK遺伝子が低窒素環境でメタン酸化窒素固定細菌を受容し、水田環境に豊富なメタンをエネルギー源としてイネ根で窒素固定を行っていた。その他の環境変動に対してもイネ共生細菌群集や土壌RNAが敏感に応答していた。

研究成果

• [雑誌論文] A rice gene for microbial symbiosis, Oryza sativa CCaMK, reduces CH4 flux in a paddy field with low nitrogen input (2014)
  • 著者名/発表者名: Bao Z, Watanabe A, Sasaki K, Okubo T, Tokida T, Liu D, Ikeda S, Imaizumi-Anraku H, Asakawa S, Sato T, Mitsui H, and Minamisawa K
  • 雑誌名: Appl. Environ. Microbiol. 巻: 80 ページ: 1995-2003
  • URL: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24441161
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low nitrogen fertilization adapts rice root microbiome to low nutrient environment by changing biogeochemical functions (2014)
  • 著者名/発表者名: Ikeda, S., K. Sasaki, T. Okubo, A. Yamashita, K. Terasawa, Z. Bao, D. Liu, T. Watanabe, J. Murase, S. Asakawa, S. Eda, H. Mitsui, T. Sato, and K. Minamisawa
  • 雑誌名: Microbes Environ. 巻: 29 ページ: 50-59
  • URL: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24463575
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of plant genotype and nitrogen level on bacterial communities (2013)
  • 著者名/発表者名: Sasaki, K., S. Ikeda, T. Okubo, C. Kisara, T. Sato, and K. Minamisawa
  • 雑誌名: Microbes Environ. 巻: 28 ページ: 391-395
  • URL: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23979487
  • 査読あり
• [雑誌論文] Genome anlaysis suggests that the soil oligotrophic bacterium Agromonas oligotrophica (Bradyrhizobium oligotrophicum) is a nitrogen-fixing symbiont of Aeschynomene indica (2013)
  • 著者名/発表者名: Okubo, T., S. Fukushima, M. Itakura, K. Oshima, A. Longtonglang, N. Teaumroong, H. Mitsui, M. Hattori, R. Hattori, T. Hattori, and K. Minamisawa
  • 雑誌名: Appl. Environ. Microbiol. 巻: 79 ページ: 2542-2551
  • URL: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23396330
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pyrosequence read length of 16S rRNA gene affects phylogenetic assignment of plant-associated bacteria (2012)
  • 著者名/発表者名: Okubo, T., S. Fukushima, and K. Minamisawa
  • 雑誌名: MicrobesEnviron. 巻: 27 ページ: 204-208
  • URL: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22791055
  • 査読あり
• [雑誌論文] The genotype of the calcium/calmodulin-dependent protein kinase gene (CCaMK) determines bacterial community diversity in rice roots under paddy and upland field conditions (2011)
  • 著者名/発表者名: Ikeda S., T. Okubo, N. Takeda, M. Banba, K. Sasaki, H. Imaizumi-Anraku, S. Fujihara, Y. Ohwaki, K. Ohshima, Y. Fukuta, S. Eda, H. Mitsui, M. Hattori, T. Sato, T. Shinano, and K. Minamisawa
  • 雑誌名: Appl. Environ. Microbiol. 巻: 77 ページ: 4399-4405
  • URL: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21551283
  • 査読あり
• [学会発表] 作物根圏における窒素と微生物の相互作用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 南澤究
  • 学会等名: 土壌微生物学会2013年度大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20130620-21
  • 招待講演
• [学会発表] Nitrogen and plant-associated microbes (2012)
  • 著者名/発表者名: Kiwamu Minamisawa
  • 学会等名: The 2nd Asian Conference on Plant-Microbe Symbiosis and Nitrogen Fixation
  • 発表場所: Phuket, Thailand
  • 年月日: 20121028-1101
  • 招待講演
• [学会発表] Effects of rice genotype on methane flux and root-associatedmethanotrophs in paddy rice (2012)
  • 著者名/発表者名: Zhihua Bao, Aya Watanabe, Takashi Okubo, Dongyan Liu, Seishi Ikeda, Kazuhiro Sasaki, Haruko Imaizumi-Anraku, Susumu Asagawa, Tadashi Sato, Hisayuki Mitsui, Kiwamu Minamisawa
  • 学会等名: 第28回微生物生態学会
  • 発表場所: 豊橋
  • 年月日: 20120919-22
• [図書] 作物根圏における窒素と微生物の相互作用,土と微生物 67(2) (2013)
  • 著者名/発表者名: 南澤究、包智華、板倉学
  • 総ページ数: 49-53
• [図書] 物質循環のミッシングリンクを解く微生物研究,遺伝、9月号, 67(5) (2013)
  • 著者名/発表者名: 南澤究
  • 総ページ数: 544-546