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

• 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

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。

The previous year's research showed that Nar (NO2-→NO) and Hcp-Hcr (NO→ N2O) enzymes were involved in the production of Nar (NO2-→NO) and N2O. DNRA activity and N2O production are closely related to environmental factors. Nar, Nap, Nitric Acid, Nitric Acid N2O is produced in the presence of nitric acid. 3 strains selected for Nap enzyme preservation, N2O production pathway exploration The results, NO3-reduction process, NO3-consumption, NO2-, NH4 +, N2O production, phenotypes, and corresponding phenotypes are similar to those of NO2-reduction intermediate, NO2-reduction intermediate, and N2O production. N2O production, enzyme analysis, RT-qPCR and N2O isotope analysis As a result, Hcp-Hcr-N2O production is highly probable. Isotope analysis shows that the SP value of DNRA-derived N2O is 45~50‰, and that the SP value of DNRA-derived N2O is appropriate for the identification of DNRA-derived N2O. Isotope analysis of NO3-, NO2-, NH4 + in the presence of iron and iron in the presence of DNRA The Δ 15N/Δ 18O value of NO3-in the process of degassing is different from that of Nar enzyme type and Nap enzyme type. In this study, the Δ 15N/Δ 18O value of DNRA process in the process of Nar enzyme type is different from that of Nar enzyme type.

项目成果

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

• 发表时间: 2021
• 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 -

• 发表时间: 2022
• 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

• 发表时间: 2021
• 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

• 发表时间: 2022
• 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

• 发表时间: 2022
• 作者: Zhenxing Xu;Shohei Hattori;Yoko Masuda;Hideomi Itoh;Keisuke Koba;Sakae Toyoda;Naohiro Yoshida;Keishi Senoo
• 通讯作者: Keishi Senoo