熱撹乱による森林土壌微生物生態系の維持機構の包括的解析

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26292180
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 笠原 康裕 北海道大学, 低温科学研究所, 准教授 (20273849)
• 研究分担者: 小椋 義俊 九州大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (40363585)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 微生物生態 / メタゲノム / 土壌 / 微生物群集構造

研究実績の概要

外的撹乱に対して『土壌微生物生態系は強靱で安定している』と言われている。その安定とは微生物群集の構造なのか機能なのか。本研究は、抵抗性、復元力、機能重複性を安定性指標として、短期高温撹乱と長期低温撹乱を起こした森林土壌の微生物生態系の維持機構を明らかにすることを目的としている。
今年度は、山形大学農学部鶴岡演習林で毎年行われている山焼き（短期・高温撹乱）の土壌を対象とした。火入れ撹乱の前後での経時的な土壌微生物群集の組成や多様性の構造の変動解析と土壌の化学成分の変動解析を行うために、火入れフィールド内の3地点において、火入れ前（７月３１日）、火入れ直後（９月１１日）、３週間後（１０月１日）と１１週間後（１１月２５日）の４回行った。
メタゲノム解析：解析する対象生物種についてプライマーを設計した。細菌（16SリボゾームDNA）、カビ（ITS：内部転写スペーサー領域）、真核生物（18SリボゾームDNA）、原生生物（18SリボゾームDNA内原生生物特異的配列領域）である。DNA配列決定にMiSeqデスクトップ型シーケンサーを使用するため、各プライマー間のアンプリコンを２５０から４５０塩基長に設定した。PCR増幅条件はイルミナ社のマニュアルに従って行った。各土壌１０グラムからキットを用いて土壌DNAを抽出した。PCRの反応条件およびプライマーのチェックを行い、次世代シークエンサーのための試料調整の準備を行った。DNA配列決定は次年度まとめて解析を行うために、本年度は検討のみで終了した。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

初年度であるため、山焼きの土壌試料について、短かい間隔の採取による詳細な経時的解析を行うつもりであった。しかし、天候の不順により、土壌の状態や火入れ場所の木の状態から想定外にも、通常より2ヶ月ほど山焼きを延期することになった。さらに、条件を統一するため、土壌採取前数日間の晴天が必要であるが、６回の予定が４回しか実施できなかった。また、土壌の化学成分の分析も予算との関係で解析先を調査中である。

今後の研究の推進方策

今後は、本年度の山焼きフィールドでの土壌採取を１年後、２年後と継続し、４種対象生物について、メタゲノム解析を行っていく予定である。土壌環境メタデータ解析については、外部委託もしくは新たに解析を行っていただける共同研究者を探す。

次年度使用額が生じた理由

平成２６年７月、研究協力機関が土壌の状態や火入れ場所の木の状態から、想定外にも、平成２６年９月に山焼きを延期することを決定したため。また、山焼き日の延期により土壌サンプリングについて、土壌条件を統一するため採取前数日間の晴天が続く状態でなければ実施しないため、年度内には４回しか実施できなかった。

次年度使用額の使用計画

年度内に土壌採取を６回行う予定であったが、４回しかできなかったため、残り２回については、雪と梅雨時を避けて再度日程を調整し、平成２７年６月と９月に採取することにした。

研究成果

• [雑誌論文] An essential enzyme for phospholipid synthesis has a crucial role in Bacillus subtilis cell division. (2014)
  • 著者名/発表者名: Takada, H., Fukushima-Tanaka, S., Morita, M., Kasahara, Y., Watanabe, S., Chibazakura, T., Hara, H., Matsumoto, K., and Yoshikawa, Y.
  • 雑誌名: Molecular Microbiology 巻: 91 ページ: 242-255
  • DOI: 10.1111/mmi.12457
  • 査読あり
• [雑誌論文] Metaproteomic Identification of Diazotrophic Methanotrophs, and their Tissue Localization in Field-grown Rice Roots. (2014)
  • 著者名/発表者名: Bao, Z., T. Okubo, K. Kubota, Y. Kasahara, H. Tsurumaru, M. Anda, S. Ikeda, K. Minamisawa
  • 雑誌名: Applied and Environmental Microbiology 巻: 80 ページ: 5043-5052
  • DOI: 10.1128/AEM.00969-14
  • 査読あり
• [学会発表] N2-fixing methanotroph as non-leguminous rhizobia in paddy rice roots. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kiwamu Minasamiwa, Zhihua Bao, Seishi Ikeda, Takashi Okubo, Haruko Imaizumi-Anraku, Kengo Kubota, Yasuhiro Kasahara, Dongyan Liu, Susumu Asakawa
  • 学会等名: 14th International Symposium on Nitrogen Fixation with Non-Legumes
  • 発表場所: Chengdu, China
  • 年月日: 2014-10-30 – 2014-11-02
  • 国際学会
• [学会発表] 水稲根における窒素固定メタン酸化細菌のメタプロテオーム同定と組織局在性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 包智華、大久保卓、久保田健吾、笠原康裕、鶴丸博人、按田瑞恵、池田成志、南澤 究
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2014年度大会
  • 発表場所: 東京農工大（東京都府中市）
  • 年月日: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [学会発表] No nitrogen fertilization changes rice root microbiome abundant in diazotrophic methanotrophs through a plant symbiosis gene. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kiwamu Minamisawa, Seishi Ikeda, Zhihua Bao, Takashi Okubo, Aya Watanabe, Kazuhiro Sasaki, Haruko Imaizumi-Anraku, Takeshi Tokida, Kengo Kubota, Yasuhiro Kasahara, Dongyan Liu, Takeshi Watanabe, Jun Murase, Susumu Asakawa, Mizue Anda, Hirohito Tsurumaru, Ryo Shinoda, Tadashi Sato
  • 学会等名: 15th International Symposium on Microbial Ecology
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 年月日: 2014-08-24 – 2014-08-29
  • 国際学会