Studies on nitrous oxide metabolism in paddy soils driven by iron-reducing bacteria

铁还原菌驱动水稻土一氧化二氮代谢的研究

基本信息

批准号：
21F21091
负责人：
妹尾啓史
金额：
$ 1.47万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21F21091/
关键词：
鉄還元菌一酸化二窒素生成 DNRA反応 Geomonas Oryzomonas 水田土壌

项目摘要

前年度の研究では、Nar駆動型の硝酸からのアンモニウム生成におけるN2O生成経路として、NO2-からN2Oの生成にNar（NO2-→NO）とHcp-Hcr（NO→N2O）酵素が寄与することを見出した。また、DNRA活性とN2O生成に影響を与えるいくつかの環境因子も評価した。しかし、Narではなく、Nap酵素による硝酸からのアンモニウム生成が存在することが知られている。Napによる硝酸からのアンモニウム生成におけるN2O生成メカニズムを明らかにすることを試みた。まずNap酵素のみを保有するオリゾモナス株を3株選び、N2O生成経路の探索を行った。その結果、NO3-還元過程におけるNO3-消費、NO2-、NH4+、N2O生産などの表現型が、ジオモナス株（Nar型）とは対照的にオリゾモナス株では類似しており、NO2-から中間産物のNOを介してN2Oが生成していることが確認された。N2O生成に関わる酵素を明らかにするために、RT-qPCRとN2O同位体分析を行った。その結果、亜硝酸還元酵素（Nrf）とHcp-HcrがN2O生成に寄与する可能性が高いことが分かった。同位体分析におけるDNRA由来のN2Oのサイトプレファレンス（SP）値は45～50‰であり、脱窒や硝化など他の既知のN2O生成過程と顕著な違いを示し、SP値がDNRA由来のN2Oを他の経路由来のN2Oと識別する適切なツールになることが示された。また、鉄還元菌ジオモナス株によって駆動されるDNRAプロセスにおけるNO3-、NO2-、NH4+の同位体分析を行った。脱窒過程におけるNO3-のΔ15N/Δ18O値はNar酵素駆動型とNap酵素駆動型で異なることが知られているが、本研究ではNar酵素駆動型のDNRA過程ではΔ15N/Δ18O値がさらに異なることが初めて明らかになった。

在上一年的研究中，我们发现NAR（NO2-→NO）和HCP-HCR（NO→N2O）酶在从NAR驱动的硝酸盐中生产No2至N2O作为N NO2至N2O作为N2O途径。我们还评估了几种影响DNRA活性和N2O产生的环境因素。然而，众所周知，存在硝酸盐的铵产生nap酶而不是NAR。我们试图阐明NAP从硝酸形成铵的N2O形成机制。首先，选择了仅携带NAP酶的三种orizomonas菌株，并搜索了N2O生产途径。结果，与Diomonas菌株（NAR Type）相比，在No3还原过程中NO2-消耗，NO2-，NH4+和N2O产生等表型相似，并且证实了N2O通过InterMediate Product由InterMediate Product no产生N2O。为了阐明参与N2O产生的酶，进行了RT-QPCR和N2O同位素分析。结果，发现亚硝酸盐还原酶（NRF）和HCP-HCR可能有助于N2O产生。 DNRA衍生的N2O在同位素分析中的位点偏好（SP）值范围为45至50‰，表明与其他已知的N2O生产过程（如硝化和硝化）的显着差异，表明SP值是区分DNRA来的N2O的合适工具。另外，在由还原铁细菌二元瘤菌株驱动的DNRA过程中对NO3，NO2-和NH4+的同位素分析。众所周知，在反硝化过程中NO3的Δ15N/δ18O值之间的NAR酶驱动和NAP酶驱动的类型之间有所不同，但是这项研究首次揭示了Δ15N/Δ18O值在NAR酶驱动的DNRA过程中进一步差异。

项目成果

期刊论文数量（5）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Isotopocule evidence for nitrate reductase as a key enzyme for N2O production in DNRA process

同位素证据证明硝酸还原酶是 DNRA 过程中 N2O 生产的关键酶

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Zhenxing Xu;Shohei Hattori;Yoko Masuda;Hideomi Itoh; Sakae Toyoda;aohiro Yoshida;Keishi Senoo
通讯作者：
Keishi Senoo

稲が土を肥やし土が稲を育てる－鉄還元菌と水田土壌の炭素・窒素循環－

水稻给土壤施肥，土壤长出水稻 - 水稻土中的铁还原菌和碳氮循环 -

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Sakuma Yasutake;Naoko Komura;Taro Udagawa;Hide-Nori Tanaka;Akihiro Imamura;Hideharu Ishida;Hiromune Ando;増田曜子
通讯作者：
増田曜子

DNRA-deriverd N2O production in Geomonas strains

Geomonas 菌株中 DNRA 衍生的 N2O 生产

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Sato Yuya;Jang Seonghan;Takeshita Kazutaka;Itoh Hideomi;Koike Hideaki;Tago Kanako;Hayatsu Masahito;Hori Tomoyuki;Kikuchi Yoshitomo;許振興・増田曜子・伊藤英臣・服部祥平・豊田栄・妹尾啓史
通讯作者：
許振興・増田曜子・伊藤英臣・服部祥平・豊田栄・妹尾啓史

土壌細菌による一酸化二窒素の資源化

土壤细菌对一氧化二氮的资源化利用

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
増田曜子;王雪丁;山中遥加;吉村捷希;Xu Zhenxing;妹尾啓史
通讯作者：
妹尾啓史

Novel N2O production pathways in soil nitrate-ammonifiers with distinctive N2O isotopocule signatures

具有独特 N2O 同位素特征的土壤硝酸盐氨化剂中新的 N2O 生产途径

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Zhenxing Xu;Shohei Hattori;Yoko Masuda;Hideomi Itoh;Keisuke Koba;Sakae Toyoda;Naohiro Yoshida;Keishi Senoo
通讯作者：
Keishi Senoo