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2015 年度 実績報告書

水田メタゲノミクス:持続的生産を支える土壌-根圏微生物とその機能の全貌解明

研究課題

研究課題/領域番号 25252013
研究機関東京大学

研究代表者

妹尾 啓史  東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (40206652)

研究分担者 大塚 重人  東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (10313074)
磯部 一夫  東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 助教 (30621833)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード水田土壌 / 脱窒反応 / DNRA反応 / 窒素固定反応 / メタゲノム解析 / メタトランスクリプトーム解析 / デルタプロテオバクテリア / 鉄還元菌
研究実績の概要

湛水下の水田土壌では、窒素循環に関わる各種の還元反応(脱窒、硝酸のアンモニアへの異化的還元(Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonia, DNRA)、窒素固定)が活発に起こる。このことが、「硝酸の低溶脱」「窒素肥沃度の維持」といった水田土壌の環境調和型持続的生産性の基柱となっている。これらの反応を駆動する微生物群を明らかにすることを試みた。
前年度までに見出されたデルタプロテオバクテリア綱細菌の還元的窒素循環反応への関与を詳細に検証するために、湛水期、落水期の表層、下層土壌を対象とし、メタゲノム解析とともにシーケンス量を増やしたメタトランスクリプトーム解析を行った。脱窒反応の各ステップを触媒する酵素遺伝子(nir、nor、nos)とその転写産物を調べたところ、nirは従来の脱窒菌(アルファ、ベータ、ガンマプロテオバクテリア綱細菌)由来のものが検出された一方、norやnosは従来ほとんど検出例がないデルタプロテオバクテリア綱の鉄還元菌由来のものが高頻度に検出された。これらのことから水田土壌における脱窒反応は、デルタプロテオバクテリア綱の鉄還元菌が部分的に関与し「協奏的に」進行することが初めて示唆された。DNRAの鍵酵素遺伝子とその転写産物についても、デルタプロテオバクテリア綱の鉄還元菌由来のものが高頻度に検出された。さらに驚くべきことに、古くから水田の主要な窒素固定細菌として考えられてきた光合成細菌の窒素固定遺伝子よりも、これまでほとんど検出例のないデルタプロテオバクテリア綱の鉄還元菌の窒素固定遺伝子の方がはるかに高頻度に転写されていることが明らかとなった。以上のことからデルタプロテオバクテリア綱の鉄還元菌がDNRAや窒素固定によってアンモニアを生成している可能性が高く、水田土壌の窒素肥沃度の維持に寄与していることが初めて示唆された。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2017 2016 2015

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 4件、 招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Predominant but previously-unseen prokaryotic drivers of reductive nitrogen transformation in paddy soils, unveiled by metatranscriptomics2017

    • 著者名/発表者名
      Masuda Y, Itoh H, Shiratori Y, Isobe K, Otsuka S, Senoo K.
    • 雑誌名

      Microbes and Environments

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      10.1264/jsme2.ME16179

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 水田土壌オミクス解析から見えた陸域生態系における鉄還元菌の新たな機能-還元的窒素変換(Predominant but previously-unseen prokaryotic drivers of reductive nitrogen transformation in paddy soils, unveiled by metatranscriptomics)2017

    • 著者名/発表者名
      増田曜子、伊藤英臣、白鳥豊、磯部一夫、大塚重人、妹尾啓史
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting 2017
    • 発表場所
      幕張メッセ(千葉県千葉市)
    • 年月日
      2017-05-24 – 2017-05-24
  • [学会発表] 水田土壌の窒素変換微生物:特定・分離とN2O削減への利用2017

    • 著者名/発表者名
      妹尾啓史
    • 学会等名
      第34回 土・水研究会
    • 発表場所
      つくば農林ホール(茨城県つくば市)
    • 年月日
      2017-02-27 – 2017-02-27
    • 招待講演
  • [学会発表] Overlooked but pivotal prokaryotic drivers involved in reductive nitrogen transformations in paddy soils, captured by metatranscriptomics2016

    • 著者名/発表者名
      Masuda Y., Itoh H. , Shiratori Y. , Isobe K., Otsuka S., Senoo K.
    • 学会等名
      3rd Thunen Symposium on Soil Metagenomics
    • 発表場所
      Braunschweig, Germany
    • 年月日
      2016-12-14 – 2016-12-16
    • 国際学会
  • [学会発表] Greenhouse gas and soil microorganisms: N2O generating and eliminating microbial communities in agricultural soils2016

    • 著者名/発表者名
      Keishi Senoo
    • 学会等名
      China-Japan Environmental Microbiology Forum
    • 発表場所
      Chongquing, China
    • 年月日
      2016-11-13 – 2016-11-13
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 水田土壌に優占する微生物の新機能:鉄還元菌こそが窒素循環に重要である2016

    • 著者名/発表者名
      増田曜子、伊藤英臣、白鳥豊、磯部一夫、大塚重人、妹尾啓史
    • 学会等名
      日本微生物生態学会第31回大会
    • 発表場所
      横須賀市文化会館(神奈川県横須賀市)
    • 年月日
      2016-10-23 – 2016-10-25
  • [学会発表] Denitrifying Microbial Community in Agricultural Soils: Key Players Involved in N2O Generation and Elimination2016

    • 著者名/発表者名
      Keishi Senoo
    • 学会等名
      105th International Symposium and Annual Meeting of the Korean Society for Applied Biological Chemistry
    • 発表場所
      Jeju Island, Korea
    • 年月日
      2016-06-16 – 2016-06-16
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 水田土壌に優占するDeltaproteobacteriaの窒素固定・脱窒・DNRAへの寄与-オミクス解析による水田窒素循環微生物コミュニティの刷新-2016

    • 著者名/発表者名
      田伏曜子・伊藤英臣・白鳥豊・磯部一夫・大塚重人・妹尾啓史
    • 学会等名
      日本土壌微生物学会2016年度大会
    • 発表場所
      岐阜大学(岐阜県岐阜市)
    • 年月日
      2016-06-11 – 2016-06-12
  • [学会発表] 水田土壌の窒素循環に寄与する新規微生物群の発見2015

    • 著者名/発表者名
      田伏 曜子, 角田 洋子, 伊藤 英臣, 白鳥 豊, 磯部 一夫, 大塚 重人, 妹尾 啓史
    • 学会等名
      日本微生物生態学会第30回大会 7th JTK Symposium
    • 発表場所
      土浦亀城プラザ(茨城県土浦市)
    • 年月日
      2015-10-17 – 2015-10-20
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] メタゲノム解析からみた水田土壌における窒素代謝関連遺伝子の詳細2015

    • 著者名/発表者名
      角田洋子、伊藤英臣、磯部一夫、白鳥豊、大塚重人、妹尾啓史
    • 学会等名
      日本土壌肥料学会2015年度京都大会
    • 発表場所
      京都大学吉田キャンパス(京都府京都市)
    • 年月日
      2015-09-09 – 2015-09-11
  • [学会発表] 水田土壌のメタトランスクリプトーム解析-微生物群集構造と炭素・窒素循環機能遺伝子の解析-2015

    • 著者名/発表者名
      田伏曜子、伊藤英臣、白鳥豊、磯部一夫、大塚重人、妹尾啓史
    • 学会等名
      日本土壌肥料学会2015年度京都大会
    • 発表場所
      京都大学吉田キャンパス(京都府京都市)
    • 年月日
      2015-09-09 – 2015-09-11
  • [学会発表] メタトランスクリプトーム解析から見た水田土壌の炭素・窒素循環とそれを駆動する微生物2015

    • 著者名/発表者名
      田伏曜子、伊藤英臣、白鳥豊、磯部一夫、大塚重人、妹尾啓史
    • 学会等名
      日本地球惑星連合2015年大会
    • 発表場所
      幕張メッセ(千葉県千葉市)
    • 年月日
      2015-05-19 – 2015-05-24

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公開日: 2018-01-16  

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