カテゴリー: 論文発表

高部由季特任研究員が、大槌湾や宇和海で分離した好気性光合成細菌のドラフトゲノムを、米国微生物学会が発行するMicrobiology Resource Announcement誌で公開しました。

酸素非発生型好気性光合成細菌 (Aerobic Anoxygenic Phototrophic Bacteria, AAnPB) は、海洋表層に普遍的に分布し、増殖速度が速いため、微生物ループを介した炭素循環におけるキープレイヤーとして重要です。今回ゲノムを解読したのは、岩手県大槌湾の海水から分離培養したRoseobacter sp. OBYS 0001株と、愛媛県愛南町の真鯛養殖いけす周辺の海域から分離したJannaschia spp. AI_61とAI_62株です。

Roseobacter sp. OBYS 0001株は、16S rRNA遺伝子の配列相同性（100%）からR. litoralisと考えられます。この株は、高部博士のこれまでの研究（Sato-Takabe et al., 2012; 2014）で、光合成に関する生理的性状が詳しく調べられています。今回のゲノムデータは、それらの性状がどのような遺伝的機能によって維持されているのかや、他の光合成細菌との進化系統学的な関係がどうなっているのかなどを明らかにする研究に利用されることになります。

一方、愛南町の養殖いけす周辺海域には、上記AAnPBが通年で分布し、時に全菌数の24%超を占めることがわかっています（Sato-Takabe et al., 2016; 高部, 2020）。Jannaschia spp. AI_61とAI_62株のゲノムデータは、魚類養殖場の低次生態系を構成する主要メンバーの遺伝的機能を明らかにする意味で重要です。また、Jannaschia属として現在記載されている12種のうち、光合成能が確認されているのは2種しかありません。今回のAI_61とAI_62株は、最近縁種との16S rRNA遺伝子配列相同性（96.53%）から、本属の新種の可能性もあり、新たな光合成能をもつJannaschia属の株として、比較ゲノム解析をすると面白そうです。

Sato-Takabe et al. (2021) Draft Genome Sequence of the Aerobic Anoxygenic Phototrophic Bacterium Roseobacter sp. Strain OBYS 0001, Isolated from Coastal Seawater in Otsuchi Bay, Japan

Sato-Takabe et al.  (2021) Draft Genome Sequences of Putative Aerobic Anoxygenic Phototrophic Bacterial Strains Jannaschia sp. Strains AI_61 and AI_62, Isolated from Seawater around a Coastal Aquaculture Area

好気性光合成細菌についてさらに詳しく知りたい方は、高部博士の総説をぜひご一読ください

後藤周史博士（特任研究員）の前所属での研究成果がFrontiers in Microbiology誌からリリースされました。

Goto, Shuji, et al. “Evaluation of the production of dissolved organic matter by three marine bacterial strains.” Frontiers in Microbiology 11 (2020): 2553.

海洋中には、大気中の二酸化炭素総量に匹敵する溶存有機物（DOM）が溶け込んでおり、地球規模の炭素循環において重要な役割を果たしています。DOMは、放射性炭素年代の測定結果から、驚くべきことにその平均寿命は約2000〜6000年と推定されており、その90％以上が寿命約15000年と推定される難分解性画分であると考えられています。こうした難分解性DOM（RDOM）の動態は、比較的長い時間スケールでの地球規模の炭素循環を考える上で極めて重要ですが、その起源や生成メカニズムは十分に理解できていません。

この論文は、海洋に長期貯蔵される難分解性DOMの細菌による生成を、海洋細菌単離株の培養実験により定量的に評価した研究です。この研究で使用した細菌株は、Alteromonas macleodii, Vibrio splendidus, and Phaeobacter gallaeciensisという海洋で一般的にみられる細菌株で、特に沿岸域で活発に増殖がみられる種です。海水にグルコースと無機態窒素、リンを加えて、これらの細菌が増殖する過程を１〜３週間モニターし、難分解性有機物の生成量や生成パターンを比較しています。その結果、炭素換算のDOM生成効率が高い細菌が存在する事、難分解性だと考えられる腐植様FDOMは幅広い細菌により生成される事、対数増殖期よりも定常期でより効率的に腐植様FDOMを生成する事が明らかになりました。

これまでの研究から、細菌がグルコースのような単純な物質を利用する過程で、難分解性の有機物が生成されることは知られており、今回の研究でもこれを支持する結果となりました。今回はこれに加えて、細菌種の違いにより、難分解性DOMの生成量が大きく変動することがわかりました。このことは、実際の環境中での細菌種組成の違いや環境条件の違いが難分解性DOMの生成量に影響することを示唆しています。

今後はそうした違いがどのようなメカニズムによって生じているのか、これらの細菌の代謝ポテンシャルの違いや、生成される有機物の化学種の特定に踏み込んだ研究に展開していくととても面白いですね。

今週月曜日（7月13日）、元特任研究員の崔英順博士による硫化ジメチル（DMS）生成細菌に関する論文がFrontiers in Microbiology誌でオンラインリリースされました。太平洋外洋域での研究（Cui et al. 2015）、三陸沖での研究（Nagao et al. 2018）に続く、DMS関連研究の第三弾です（三陸沖での研究については、以前のブログもどうぞ）。メソコズム実験とフィールド調査を合わせた共著者16名による大作で、最後はネットワーク解析まで駆使してまとめた苦心の作です。メソコズム実験が2010年、フィールド調査が2013-14年ですから、ようやく形にできてとても嬉しいですし、面白い論文になりました。メソコズム実験では、先日相模湾で25年ぶりに見られた円石藻のブルームを人為的に発生させて、珪藻ブルームと比較するという面白い実験をやっていますし、フィールド調査では親潮系水と津軽暖流系水の違いがDMS生成細菌の動態に綺麗にリンクしているデータが示されています。より詳しい研究の内容については、研究所の研究トピックで紹介しています。

Cui, Y., Wong, S. K., Kaneko, R., Mouri, A., Tada, Y., Nagao, I., … & Hamasaki, K. (2020). Distribution of dimethylsulfoniopropionate degradation genes reflects strong water current dependencies in the Sanriku coastal region in Japan: from mesocosm to field study. Frontiers in Microbiology, 11, 1372.

        バクテリアによるDMSP代謝経路と雲生成への影響

メソコズム実験：200Lタンク4基を屋外水槽に入れて温度を一定に保つ（右）数日後に植物プランクトンが大増殖し緑色に変化したタンク内の海水（左）

DMSP代謝関連遺伝子と環境要因の相関ネットワーク図：機能遺伝子単位でのまとまりが見られる。実線は正相関、破線は負相関を示す。水温と正相関を示すdmdA遺伝子群は津軽暖流の影響を強く受けており、水温や塩分と負相関でクロロフィル濃度と正相関を示すdddDとdddP遺伝子は親潮の影響を受けていると考えられる

 

先日、スプリンガー・ネイチャー社から表題の本が刊行されました。筑波大学下田臨海実験センターの稲葉先生らによる編集で、留学生向けの臨海実習の教科書として企画されたものです。本書の中のコラムの一つとして、Marine Microbesと題する小文を書かせていただきました。Overview, Roles in marine ecosystems, Diversity, Metagenomics, Microbiomeといったサブタイトルで、海洋微生物研究の現状を紹介しました。本書を利用する実習生が微生物に目を向けるきっかけになればいいなと思います。

太平洋亜熱帯海域におけるリン、ヒ素の分布と微生物動態に関する論文”Arsenate and microbial dynamics in different phosphorus regimes of the subtropical Pacific Ocean.” がProgress in Oceanography誌にてオンラインリリースされました。東京海洋大学の橋濱先生の研究グループとの共同研究です。

北太平洋亜熱帯海域の西部では活発な窒素固定により、表層海水中のリン酸塩が消費され枯渇状態にあります。そうした海域の微生物にはヒ素耐性に関わる遺伝子がより多く備わっていることがわかりました。ヒ素取込みの影響を回避するための適応の結果と考えられます。ダストによる鉄供給が左右する窒素固定活性が、海域間での化学成分の違いにつながり、さらに微生物機能の違いにまで影響しているようです。地球環境と海洋の生物活動が密接にリンクしていることを示唆する好例だと思います。

駿河湾におけるアンモニア酸化古細菌（AOA）の鉛直分布を調べた論文が公開されました。主著者は元特任研究員の伊知地稔博士です。アンモニア酸化に関わるamoA遺伝子をマーカーにして、qPCR法で計数したDeep Marine clade（DMC）とShallow Marine clade（SMC）の２つのエコタイプの特徴的な分布を報告しています。

アンモニア酸化古細菌は、海洋における硝化過程を担う鍵生物群ですが、日本周辺海域でその分布をきちんと調べた例はほとんどありません。そうした意味で貴重なデータですが、加えてフィルターによるサイズ分画によってAOAの多くは粒子付着性ではなく自由生活性であることを明らかにしています。また、一般にSMCとDMCは、そのネーミングの通りそれぞれ表層と中深層ではっきりとした住み分けが見られ、この論文でも自由生活性群集でその傾向が綺麗に見えています。面白いのは、粒子付着性群集のパターンです。SMCの割合が中深層でもそれほど低下せずDMCと同程度の割合を保っています。これは、粒子に付着したまま表層から運ばれている、あるいは中深層でも粒子中はアンモニア濃度が高いなどの理由でSMCが生残できるニッチとなっているといった理由が考えられます。粒子付着性AOAは数的にはマイナーですが、もっと詳しく調べると、これまで知られているAOAとは違った特徴が見えるかもしれません。次の研究の種が示されています。

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特任研究員のWong さんが主著の論文“Ammonia oxidizers in the sea-surface microlayer of a coastal marine inlet”がPLoS Oneでオンライン出版されました。

神奈川県三浦半島にある臨海実験施設で行った海表面マイクロレイヤー（SML: sea surface microlayer）研究の成果です。アンモニア酸化反応は、海洋における栄養塩再生に欠かせない重要な反応で、海洋ではThaumarchaeota門の古細菌がその役割の大部分を担っています。海水中ではその分布が良く調べられていますが、SMLにおける分布は不明でした。本研究ではアンモニア酸化遺伝子（amoA）を指標にして、SMLに分布するアンモニア酸化古細菌の数や種類を初めて明らかにしています。直下の海水に比べて、数は少ないものの海水中とは明らかに異なる群集組成となっており、アンモニア酸化古細菌にとってもSMLが特異な生息環境であることが伺われます。

7月9日（月）一昨年までJSPSの特別研究員として微生物分野で一緒に研究していた塩崎拓平さん（JAMSTEC研究員）の亜熱帯海域の窒素固定に関する論文”Linkage between dinitrogen fixation and primary production in the oligotrophic South Pacific Ocean”がGlobal Biogeochemical Cycles誌に受理されました。大気海洋研究所と関係機関からプレスリリースしました。

海の窒素固定者として良く知られているのは、トリコデスミウムという藍藻類の一種ですが、近年になってそれ以外にも多様な窒素固定生物が少なからず存在していることが明らかになってきました。この研究では、南太平洋の亜熱帯海域でトリコデスミウムが主要な窒素固定者となっている海域と、UCYN-Aと呼ばれる微細藻類に細胞内共生する藍藻が主要な海域を比較して、窒素固定生物の違いが海洋の窒素循環や基礎生産の変動を左右する要因となりうることを示しています。亜熱帯海洋生態系は、「窒素固定＝光合成生産の増加」といった単純なものではなく、もう少し複雑な仕組みで動いているようです。

 

特任研究員のWongさんが主著の新種記載論文がInternational Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology誌に受理されました。彼女の研究対象である海表面マイクロレイヤー（Sea surface microlayer）から分離した菌株でアルファプロテオバクテリア綱の一種です。神奈川県の三崎市にある東京大学の臨海実験施設に滞在して、油壷湾のSMLサンプルから分離したものです。これまで海洋微生物研究を牽引して来られ、今春に退職された木暮一啓先生に敬意を表して、そのお名前を種名とさせていただきました。

同属の記載種がほとんどなかったことから、新種記載をすることにしたのですが、投稿直前になって、16SrRNA遺伝子配列の相同性が99%という非常に近縁な株が記載されてしまい、一時はお蔵入りも覚悟しました。その後、気を取り直してDNA-DNAハイブリをやってみると、幸いにも相同性が53%しかなく、無事に別種として記載することができました。一般的には、16SrRNA遺伝子配列の相同性が97%以下であれば、別種の可能性が高いとされていますが、97%以上でも別種のケースがあることを実感することができました。環境サンプルのアンプリコン解析などでは、種数や多様性推定の配列クラスタリングにおける基準として97%が広く用いられています。今回のケースは、97%という基準値でのクラスタリングが種数推定値の最低ラインを意味していることを示唆しています。

Taxonomic description of Amylibacter kogurei sp. nov., a novel marine alphaproteobacterium isolated from the coastal sea surface microlayer of a marine inlet

Shu-Kuan Wong, Susumu Yoshizawa, Yu Nakajima, Marie Johanna Cuadra, Yuichi Nogi, Keiji Nakamura, Hideto Takami, Yoshitoshi Ogura, Tetsuya Hayashi, Hiroshi Xavier Chiura, and Koji Hamasaki