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2015 年度 実績報告書

陸域地下圏の未知アーキア系統群:環境ゲノム情報と培養技術で切り拓くその新生物機能

研究課題

研究課題/領域番号 26710012
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

玉木 秀幸  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生物プロセス研究部門, 主任研究員 (00421842)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2018-03-31
キーワード未知微生物 / アーキア / 環境ゲノム解析技術 / 培養技術 / 陸域地下圏 / 生物機能 / 難培養
研究実績の概要

本研究は、環境ゲノム解析技術ならびに培養技術を駆使し、陸域の地下圏環境に棲息する未知アーキア群とその周辺微生物群の実態を明らかにすることにより、地球規模で重要な物質循環プロセスにおける未知アーキアの役割の解明を目指している。
今年度は、まず深部油層環境や地下湧熱水環境の地下圏サンプルを採取するとともに、地化学的分析まらびに微生物群集の組成と多様性解析を実施した。昨年度と今年度の解析結果から、陸域の地下圏環境の微生物群集構造は比較的安定しており、またいくつかの地下圏環境においては門や綱レベルの未培養系統群に属するアーキアやバクテリアが優占し、また安定して存在していることが明らかとなった。
またメタゲノム解析ならびにシングルセルゲノム解析により、いくつかの未知アーキアならびにバクテリアのゲノム断片の獲得に成功した。特に、門レベルの未知・未培養アーキア系統群については、バイオインフォマティクス解析により90%以上の完全性を有したゲノムの再構築に成功した。現在、そのゲノム情報から未知アーキアの基幹代謝情報の解析を行っているが、同アーキアが地下圏の炭素循環において重要な役割を果たしている可能性が示唆されている。
また未知アーキアや未知バクテリアが豊富に存在する地下圏環境試料を採取し、集積培養化を試みている。これまでに、門レベルや綱レベルの未知アーキアと未知バクテリアの集積培養化に至っており、その安定維持に取組んでいる。今後、上記のゲノム情報とあわせて、陸域地下圏アーキア・バクテリアの新生物機能の解明ならびに地下圏環境における生理生態機能の解明に役立てる予定である。

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

本研究課題の推進により、様々な陸域地下圏環境におけるアーキアコミュニティーならびにバクテリアコミュニティーの解析を実施しており、いくつかの陸域地下圏環境において、未知アーキア系統群ならびに未知バクテリア系統群が安定して存在していることを明らかにしている。さらに、門・綱レベルで未知のアーキアやバクテリアのゲノム断片を獲得し、特に未知アーキアから非常に完全性の高いゲノムの再構築に成功し、未知アーキアの新生物機能の一端に迫るなど順調に成果を挙げている。

今後の研究の推進方策

今後は、これまでに獲得した未知アーキア・未知バクテリアのゲノム情報を詳細に解析し、その基幹代謝情報を推定するとともに、未知アーキア・バクテリアが安定して豊富に存在する地下環境から集積培養化・純粋培養化に挑戦する。既に、一部集積培養化に至っているものがあるので、その安定維持法を確立できれば、その集積培養系を用いて、未知アーキア・バクテリアの機能を詳細に解析できるものと考えている。

次年度使用額が生じた理由

これまで複数の陸域地下圏環境を対象として未知アーキアならびに未知バクテリアの実態解明に取組んでいるが、想像以上に、複数の環境で未知アーキアあるいは未知バクテリアが安定して存在していることが判明したため、多種類の未知アーキア・未知バクテリアを対象としてゲノム解析ならびに集積培養を行う必要があり、経費の増額が見込まれるため。

次年度使用額の使用計画

未知アーキア・バクテリアが安定して存在する地下圏環境からサンプルを採取し、分子生態学的解析・地化学的分析を行うとともに、複数種の未知アーキア・未知バクテリアの高精度なゲノム解析ならびに集積培養にかかる経費として使用する予定である。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 3件、 査読あり 7件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] イリノイ大学アーバナシャンペーン校/エネルギー省共同ゲノム研究所(DOE-JGI)/アリゾナ州立大学(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      イリノイ大学アーバナシャンペーン校/エネルギー省共同ゲノム研究所(DOE-JGI)/アリゾナ州立大学
  • [雑誌論文] In situ gene expression responsible for sulfide oxidation and CO2 fixation of an uncultured large sausage-shaped Aquificae bacterium in a sulfidic hot spring2016

    • 著者名/発表者名
      Tamazawa S, Yamamoto K, Takasaki K, Mitani Y, Hanada S, Kamagata Y, Tamaki H
    • 雑誌名

      Microbes Environ.

      巻: 31 ページ: 194-198

    • DOI

      10.1264/jsme2.ME16013

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Draft Genome Sequence of Syntrophomonas wolfei subsp. methylbutyratica strain 4J5T, a mesophilic butyrate- and 2-methylbutyrate-degrading syntrophs2016

    • 著者名/発表者名
      Narihiro T, Nobu M, Tamaki H, Kamagata Y, Liu WT
    • 雑誌名

      Genome Announcements

      巻: 4 ページ: e0047-16

    • DOI

      10.1128/genomeA.00047-16

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Draft Genome Sequences of Methanoculleus horonobensis strain JCM15517, and Methanofollis ethanolicus strain JCM15103, hydrogenotrophic methanogens belonging to the family Methanomicrobiaceae2016

    • 著者名/発表者名
      Narihiro T, Kusada H, Yoneda Y, Tamaki H
    • 雑誌名

      Genome Announcements

      巻: 4 ページ: e00199-16

    • DOI

      10.1128/genomeA.00199-16

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 未知微生物を分離培養するテクニック2016

    • 著者名/発表者名
      田中靖浩、玉木秀幸
    • 雑誌名

      The Chemical Times

      巻: 239 ページ: 26-31

    • 査読あり
  • [雑誌論文] entimicrobium saccharophilum gen. nov., sp. nov., a strictly anaerobic bacterium representing a new family in the phylum Bacteroidetes, and proposal of Lentimicrobiaceae fam. nov.2016

    • 著者名/発表者名
      Sun L, Toyonaga M, Ohashi A, Tourlousse DM, Matsuura N, Tourlousse DM, Meng XY, Tamaki H, Hanada S, Cruz R, Yamaguchi T, Sekiguchi Y
    • 雑誌名

      Int. J. Syst. Evol. Microbiol.

      巻: - ページ: -

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Tepidicaulis marinus gen. nov., sp. nov., a novel marine bacterium reducing nitrate to nitrous oxide strictly under microaerobic conditions2015

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi M, Yamagishi T, Kamagata Y, Oshima K, Hattori M, Katayama T, Hanada S, Tamaki H, Marumo K, Maeda H, Nedachi M, Iwasaki W, Suwa Y, Sakata S
    • 雑誌名

      Int. J. Syst. Evol. Microbiol.

      巻: 65 ページ: 1749-1754

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dominant and novel clades of Candidatus Accumulibacter phosphatis in 18 globally distributed full-scale wastewater treatment plants2015

    • 著者名/発表者名
      Mao D, Graham DW, Tamaki H, Zhang T
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 5 ページ: 11857

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 「微生物界の暗黒物質」: 環境オミクス情報と培養技術で解き明かすその存在と未知機能2015

    • 著者名/発表者名
      玉木秀幸
    • 学会等名
      生命医薬情報学連合大会2015年大会
    • 発表場所
      京都大学宇治キャンパス(京都府宇治市)
    • 年月日
      2015-10-30 – 2015-10-30
    • 招待講演
  • [学会発表] 深部地下高温油層環境に生息する新規Deferribacteres門酢酸酸化細菌の分離と生理生態機能解析2015

    • 著者名/発表者名
      玉澤 聡、眞弓 大介、持丸 華子、坂田 将、前田治男、若山樹、五十嵐雅之、鎌形 洋一、玉木 秀幸
    • 学会等名
      日本微生物生態学会第30回大会
    • 発表場所
      土浦亀城プラザ(茨城県土浦市)
    • 年月日
      2015-10-18 – 2015-10-18
  • [学会発表] 水溶性天然ガス田においてメタノール分解メタン生成 を担うメタン生成アーキアの分離同定2015

    • 著者名/発表者名
      持丸 華子、玉木 秀幸、吉岡 秀佳、坂田 将、鎌形 洋一
    • 学会等名
      地球化学会
    • 発表場所
      横浜国立大学(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2015-09-18 – 2015-09-18
  • [学会発表] Methanogenic archaeal diversity and characterization of a novel methanol utilizing methanogen in a natural gas field2015

    • 著者名/発表者名
      持丸 華子、玉木 秀幸、吉岡 秀佳、坂田 将、鎌形 洋一
    • 学会等名
      Goldschmidt2015
    • 発表場所
      プラハ(チェコ、プラハ)
    • 年月日
      2015-08-18 – 2015-08-18
    • 国際学会
  • [学会発表] Insight into in situ methanogenic crude oil degradation in an oil reservoir assessed by geochemical and microbiological analyses2015

    • 著者名/発表者名
      眞弓 大介、玉澤 聡、玉木 秀幸、前田治男、若山 樹、五十嵐雅之、西川 向一、押部 洋、白井良和、坂田 将、鎌形 洋一
    • 学会等名
      5th International Symposium On Applied Microbiology And Molecular Biology In Oil Systems (ISMOS5)
    • 発表場所
      ノルウェー(スタバンゲル、ノルウェー)
    • 年月日
      2015-06-30 – 2015-06-30
    • 国際学会
  • [学会発表] 深部地下高温油田に生息する未培養Deferribacteres門鉄還元細菌の分離と機能解析2015

    • 著者名/発表者名
      玉澤 聡、眞弓 大介、持丸 華子、坂田 将、前田治男、若山樹、五十嵐雅之、鎌形 洋一、玉木 秀幸
    • 学会等名
      環境バイオテクノロジー学会2015年度大会
    • 発表場所
      東京大学(東京都文京区)
    • 年月日
      2015-06-29 – 2015-06-29

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公開日: 2017-01-06   更新日: 2022-01-27  

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