硝化菌Nitrobacterにおける完全脱窒経路が持つ生態学的機能の解明

阐明硝化细菌硝化细菌完整反硝化途径的生态功能

• 批准号: 21J14718
• 负责人: 高橋 悠
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Waseda University
• 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-21J14718/
• 关键词: 亜硝酸酸化細菌; Nitrobacter; 亜酸化窒素還元酵素; 硝化; ゲノム; 亜酸化窒素

本研究室で分離培養した亜硝酸酸化細菌Nitrobacter sp. NbASは、ゲノムに亜酸化窒素（N2O）還元酵素遺伝子nosZをコードする。N2Oは主要な温室効果ガスの1つである。これまで亜硝酸酸化細菌にN2Oを生成する種が含まれることは報告されてきたが、それを還元するNosZを持つ株は未発見であった。昨年度の研究から、NbASはN2Oを消費することが可能であるが、その消費活性は既知の細菌と異なる環境要因によって制御されると推測された。そこでNbASのN2O消費活性測定と、既知のN2O還元細菌がN2Oを還元する条件との比較に基づき、N2O還元がNbASの生存において果たす役割を推定した。一般的なN2O還元細菌が有機物を含む低酸素濃度環境でN2Oを消費する一方で、NbASは酸素濃度が高い無機培地においてもN2O消費活性を示した。さらに無機培地で酸素とN2Oの濃度を経時的に測定すると、NbASの亜硝酸酸化による酸素消費は、N2O消費と同時に観測された。このためNbASは有機物の分解とN2O還元によって増殖に必要なエネルギーを獲得するのではなく、むしろ独立栄養代謝である亜硝酸酸化で得られたエネルギーを用いてN2Oを還元すると推測される。さらにNbAS自身はN2Oを生成する酵素を持たないため、他種細菌の生成するN2Oを分解することを目的としてN2O還元酵素を持つ可能性がある。以上よりNbASのN2O還元酵素には、従来知られてきた相同タンパク質とは異なる役割が見出された。

我们实验室分离培养的亚硝酸盐氧化细菌 Nitrobacter sp. 在其基因组中编码一氧化二氮 (N2O) 还原酶基因 nosZ。 N2O 是主要温室气体之一。到目前为止，据报道亚硝酸盐氧化细菌包括产生N2O的物种，但尚未发现具有还原N2O的NosZ的菌株。去年的研究表明，NbAS能够消耗N2O，但其消耗活动受到与已知细菌不同的环境因素的控制。因此，我们通过测量 NbAS 的 N2O 消耗活性并与已知的 N2O 还原细菌还原 N2O 的条件进行比较，估计了 N2O 还原对 NbAS 生存的作用。常见的N2O还原菌在含有有机物的低氧环境中消耗N2O，而NbAS在高氧浓度的无机介质中也表现出消耗N2O的活性。此外，当在无机介质中随时间测量氧和N2O浓度时，同时观察到由于NbAS的亚硝酸盐氧化而导致的氧消耗与N2O消耗。因此，推测NbAS并不是通过分解有机物和还原N2O来获得生长所需的能量，而是利用亚硝酸盐氧化获得的能量来还原N2O，这是一种自养代谢。此外，由于NbAS本身不具有产生N2O的酶，因此它可能具有N2O还原酶，用于降解其他物种细菌产生的N2O。综上所述，发现NbAS的N2O还原酶具有与先前已知的同源蛋白不同的作用。

项目成果

Genomics and physiology of novel Nitrobacter strain adapted to an acidic soil environment of heavily fertilized tea field

适应重施肥茶田酸性土壤环境的硝化细菌新菌株的基因组学和生理学

• 发表时间: 2021
• 作者: Yu Takahashi; Kento Ishii; Hirotsugu Fujitani; Toshikazu Suenaga; Akihiko Terada; Yuji Sekiguchi; Kanako Tago; Masahito Hayatsu; Yuhei Hirono; Satoshi Tsuneda
• 通讯作者: Satoshi Tsuneda

Genomics and physiology of novel Nitrobacter strain adapted to an acidic soil environment of heavily fertilized tea field

适应重施肥茶田酸性土壤环境的硝化细菌新菌株的基因组学和生理学

• 发表时间: 2021
• 作者: Yu Takahashi; Kento Ishii; Hirotsugu Fujitani; Toshikazu Suenaga; Akihiko Terada; Yuji Sekiguchi; Kanako Tago; Masahito Hayatsu; Yuhei Hirono; Satoshi Tsuneda
• 通讯作者: Satoshi Tsuneda