次世代シーケンス技術を用いた農耕地土壌の微生物群集の構造と変遷の網羅的解明

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農耕地土壌ではしばしば硝酸溶脱や温室効果ガス(一酸化二窒素(N_2O)やメタン)発生などといった地域・地球規模の環境問題を抱えており、環境負荷を低減するような改善が求められている。本研究では、近年登場した、迅速性・コスト性に優れた次世代シーケンス技術を用いて、これらの問題の根本的な背景となっている微生物群集も含め、水田土壌の微生物群集の全体像およびその変遷と環境要因との関わりを明らかにすることを試みた。メタゲノム解析およびメタトランスクリプトーム解析の結果から、水田土壌において優占する微生物や機能遺伝子の群集構造が詳細に明らかとなった。また、メタゲノム解析から水田土壌の還元反応に関与する鍵酵素の遺伝子の塩基配列を抽出し、各機能に関わる微生物の群集構造を明らかにした。その中で、水田土壌においてAnaeromyxobacter属細菌が優占していることが明らかとなり、Anaeromyxobacter属細菌由来のnosZが環境中からはじめて見出された。さらに、水田土壌からAnaeromyxohaoter属細菌を単離し、N_2O還元活性を有していること、畑土壌よりも細菌群集におけるAnaeromyxobacter属細菌の割合が高いことを明らかにした。これらのことから、優占するAnaeromyxobacter属細菌が水田土壌におけるN_2O還元反応に関与している可能性が示唆された。本研究は最先端の環境微生物群集解析法を導入し、水田土壌微生物に関する既往研究に新たな知見を数多く加えた点で重要である。さらに、本研究は脱窒反応において脱窒菌だけでなく、脱窒反応を部分的に行う細菌も関与している可能性をはじめて見出した。この発見は、今後、地球規模の窒素循環に関与する微生物群集の考察にとっても大きな意義をもつものである。