機能遺伝子情報を用いた水田土壌の脱窒菌群の特定と脱窒特性診断技術の基盤構築

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究では、水田土壌で機能している脱窒菌の群集構造を詳細に明らかにし、中心的に機能している脱窒菌を特定し、土壌に存在する脱窒機能遺伝子を網羅的に収集して、土壌の脱窒機能診断技術を構築することを目的としている。これまでに、DNAに基づく水田中の脱窒微生物の機能遺伝子について解析を行ったが、それらの微生物が実際に脱窒を行っているかは不明である。そこで、再現可能な実験系として脱窒を活性化させる室内モデル実験系を設定し、土壌DNAとRNAを抽出し、解析・比較することで土壌中の脱窒微生物の構成と活性を調べる事を目的とした。室内モデル実験系では、新潟県農業総合研究所の連作水田土壌から採取した土壌を使用し、土壌に脱窒の基質であるコハク酸・硝酸を加え、嫌気条件下で培養を行い、培養0-24時間の土壌からDNAとRNAを抽出してRNAは逆転写によりcDNAとした。各遺伝子を標的とした定量的PCRの結果、脱窒関連遺伝子の転写発現が活発であった培養20時間目の土壌と、脱窒を活性化させる前の土壌である培養前の土壌から抽出したDNAとcDNAを元に、16SrRNAと脱窒機能遺伝子(nirS,nirK,nosZ)を標的としたクローンライブラリ解析を行った。その結果、DNAに比べてcDNAの群集構造は培養によって大きく変化し、また、Betaproteobacteriaに近縁な微生物や、未知の微生物が脱窒活性が高い土壌において活発に転写発現を行っていることが示唆された。