Synthetic ecological analyses on aquatic plant-microbe interactions toward the application in environmental technology

水生植物-微生物相互作用的综合生态分析及其在环境技术中的应用

• 批准号: 20J00210
• 负责人: 石澤 秀紘
• 金额: $ 3.24万
• 依托单位: Shizuoka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J00210/
• 关键词: 人工微生物群集; 植物ー微生物共生; 遺伝子発現解析; 群集生態学; 水質浄化; バイオマス生産; 種間相互作用; 合成生態学

本研究課題は、未開拓な生態系である水生植物―微生物共生系の成立機構を科学的に解明することで、水生植物を用いた環境技術の高度化・多様化に貢献することを目的としている。昨年度、ウキクサと7種の菌株からなる「モデル共生系」を作成し、安定性と再現性を兼ね備えた研究材料として確立することができた。今年度は、このモデル共生系における微生物の種間相互作用について数理解析と遺伝子解析という2つのアプローチから検討を行い、群集構造の安定化機構を考察した。数理解析においては、7菌株の全ての組み合わせ（127通り）の試験によって取得した群集構造データを数理モデルを用いて解析した。結果、4～7種の組み合わせが作り上げる群集の構造を、3種以下の組み合わせが作る群集構造のデータから定量的に予測する数理モデルの開発に成功し、本生態系の群集構造が3種間の相互作用によって説明できることを明らかにした。遺伝子発現解析においては、6菌株からなるモデル共生系を実験対象とし、各構成種のウキクサ表面における遺伝子発現を、（１）単独条件、（２）2種共存条件、（３）全6種の共存条件のそれぞれにおいて解析した。また、得られた結果はウキクサ表面における種間相互作用と照らし合わせることで解析を行い、種間相互作用による影響と統計学的有意な関連が見られる遺伝子を多数同定した。今後、これらの解析で浮かび上がった遺伝子群について遺伝子破壊株を用いた検討を行うことで、安定した共生細菌群集の形成において鍵となる遺伝的要因が解明されるものと期待される。

该研究主题旨在通过科学地阐明未开发的水生植物生态系统的机制，从而为环境技术的发展和多样化做出贡献。去年，我们创建了一个“模型共生系统”，该系统由鸭草和七种菌株组成，并能够将其确立为结合稳定性和可重复性的研究材料。今年，我们使用两种方法研究了该模型共生系统中微生物的种间相互作用：数学分析和遗传分析，并检查了稳定社区结构的机制。在数学分析中，使用数学模型分析了从七个菌株中所有组合（127种不同）获得的社区结构数据。结果，我们成功地开发了一个数学模型，该数学模型通过从三个或更少物种的组合创建的社区结构的数据中定量预测了由四到七个物种组合创建的社区结构，并且已经揭示了该生态系统的社区结构可以通过三个物种之间的相互作用来解释。在基因表达分析中，将一个由六个菌株组成的模型共生系统用作实验，并且在（1）单个条件下分析了每个组成物种表面上的基因表达，（2）两个物种的共存条件，（3）所有六个物种的共存条件。此外，通过将其与鸭质表面上的种间相互作用进行比较来分析获得的结果，并鉴定出许多基因与种间相互作用的影响具有统计学意义的关联。可以预期，通过使用基因破坏菌株对这些分析中出现的基因组进行研究，将阐明稳定共生细菌群落形成的关键遗传因素。

项目成果

Empirical Dynamic Modelingによる水生植物ー微生物共生系の網羅的因果推定

使用经验动态模型对水生植物-微生物共生系统进行综合因果估计

• 发表时间: 2021
• 作者: 石澤秀紘;田代陽介;二又裕之
• 通讯作者: 二又裕之

ウキクサ亜科植物の共生細菌叢の特徴づけ

浮萍植物共生菌群的表征

• 发表时间: 2021
• 作者: 廣嶋直人;石澤秀紘;井上大介;池道彦
• 通讯作者: 池道彦

ウキクサ植生浄化システムにおける天候ー水質ー生物相の時系列解析

浮萍植被净化系统中天气、水质和生物群的时间序列分析

• 发表时间: 2021
• 作者: 石澤秀紘;二又裕之
• 通讯作者: 二又裕之

Coordination of leaf economics traits within the family of the world's fastest growing plants (Lemnaceae)

• DOI: 10.1111/1365-2745.13710
• 发表时间: 2021-06-20
• 期刊: JOURNAL OF ECOLOGY
• 影响因子: 5.5
• 作者: Ishizawa，Hidehiro;Onoda，Yusuke;Ike，Michihiko
• 通讯作者: Ike，Michihiko

Community dynamics of duckweed-associated bacteria upon inoculation of plant growth-promoting bacteria

• DOI: 10.1093/femsec/fiaa101
• 发表时间: 2020-07-01
• 期刊: FEMS MICROBIOLOGY ECOLOGY
• 影响因子: 4.2
• 作者: Ishizawa, Hidehiro;Kuroda, Masashi;Ike, Michihiko
• 通讯作者: Ike, Michihiko