Post-Koch Ecosystem revealed by Functional informatics

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project Area: Post-Koch Ecology: The next-era microbial ecology that elucidates the super-terrestrial organism system
• Project/Area Number: 19H05688
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Matsui Motomu 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 特任助教 (10803728)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岩崎 渉 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (50545019)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2024-03-31
• Keywords: バイオインフォマティクス / 微生物ダークマター / ポストコッホ生態系 / データベース / 機能インフォマティクス / ネットワーク解析 / 微生物生態 / メタゲノム解析

Outline of Final Research Achievements

By obtaining dense time-series NGS data and diverse environmental context data from crop rotation plots, we finally constructed a novel Post-Koch functional ecosystem model. The model revealed that the ecosystem is highly robust to environmental perturbation and that appropriate fertilizer application is important for maintaining soil ecosystem stability. Several factors such as competition among closely related species, offensiveness against plasmid phage, and strong convergence pressure on the trait template were also revealed to support this robustness. Many other important findings were also obtained, including the relationship between carbon fixation, nitrogen metabolism, and fertilizer application, the differentiation between Generalist and Specialist strategies, and more than 200 novel species genomes.

Free Research Field

バイオインフォマティクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

モデル圃場から４年もの長期にわたって取得した、緻密な時系列アンプリコンシーケンスデータ、大規模ショットガンメタゲノムデータ、詳細な土壌性状データは微生物生態学において類を見ない規模かつ多様なメタデータを含むものであり、今後、当該分野におけるモデルデータとして広く活用されることが期待される。また、Graph Splitting法やNeTaGFT法、逆相関ネットワーク解析法といった我々が開発した新規ネットワーク解析手法は、汎用的な情報解析技術としても新規性があるため、生物学に限らず分野外の幅広い分野において転用されていくことが期待される。