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論文

Carbon dioxide balance in early-successional forests after forest fires in interior Alaska

植山 雅仁*; 岩田 拓記*; 永野 博彦; 田原 成美*; 岩間 千絵*; 原薗 芳信*

Agricultural and Forest Meteorology, 275, p.196 - 207, 2019/09

 被引用回数:20 パーセンタイル:89.05(Agronomy)

北米の北方林生態系において、森林火災は主要なかく乱要因であり、当該地域における炭素収支を決定する重要なプロセスである。本研究では内陸アラスカの2つの森林火災跡地において、合計13年間にわたり主要な温室効果ガスである二酸化炭素(CO$$_{2}$$)の交換量を渦相関法によって観測した。観測データから、火災後の生態系が植生の回復に伴ってCO$$_{2}$$の放出源から吸収源になるためには13年かかることが分かった。さらに、観測データを基に火災後の初期植生遷移段階におけるCO$$_{2}$$収支の広域評価を内陸アラスカ全土に対して行ったところ、1998年から2017年までの間に火災後の生態系から放出されたCO$$_{2}$$量(35-48 Tg C)は、火災に伴う燃焼によって大気へ直接放出されたCO$$_{2}$$量(156 Tg C)の1/3から1/4であると見積もられた。以上より、火災後に生態系から放出されるCO$$_{2}$$量は、州スケールでのCO$$_{2}$$収支に重要であることが示唆された。

口頭

Non-essentiality of an evolutionary conserved, highly essential gene, ${it gcp}$, in ${it Thermus}$ and ${it Deinococcus}$

中村 顕*; 小野瀬 晃由*; 北原 一正*; 正木 春彦*; 鳴海 一成; 星野 貴行*

no journal, , 

Gcp was first identified in ${it Mannheimia haemolytica}$ as an extracellular ${it O}$-sialoglycoprotein endopeptidase. Genome comparison revealed that all the free-living organisms, from bacteria to humans, possess its orthologues in an evolutionary-conserved manner. Moreover, the orthologues are highly essential in bacteria, including ${it Escherichia coli}$, ${it Bacillus subtilis}$ and yeast, indicating that Gcp has other function(s) related to essentiality of life. The ${it gcp}$ orthologues of ${it Thermus thermophilus}$ and ${it Deinococcus radiodurans}$ were deleted by replacement with antibiotic-resistant genes. Although both deletion mutants showed a little slower growth in rich media, successful gene disruption indicates that the ${it gcp}$ orthologues are not essential in these bacteria. In this work we showed that ${it gcp}$ orthologues of ${it T. thermophilus}$ and ${it D. radiodurans}$ were not essential, but the mutants showed different phenotypes, osmosensitivity and sensitivity to DNA-damaging agents, respectively.

口頭

生物間で共通する機能未知必須遺伝子${it gcp}$の遺伝学的解析

北原 一正*; 小野寺 威文; 星野 貴行*; 鳴海 一成; 中村 顕*

no journal, , 

O-sialoglycoprotein endopeptidase(Gcp)は、糖タンパク質を特異的に分解する分泌型プロテアーゼとして、最初に動物病原菌で発見された。Gcpのオルソログは、真核生物・古細菌・バクテリアを問わず、ゲノム配列が決定されたほとんどすべての生物で高度に保存されている。さらに興味深いことに、同遺伝子は大腸菌や枯草菌,酵母といったモデル微生物では生育に必須であることが明らかになっている。われわれは高度好熱菌${it Thermus thermophilus}$ HB27株のGcpオルソログをコードするTTC0888(${it Ttgcp}$)遺伝子破壊株と、放射線抵抗性細菌${it Deinococcus radiodurans}$ R1株のGcpオルソログをコードするDR0382(${it Drgcp}$)の取得に成功した。${it Ttgcp}$遺伝子破壊株は、過酸化水素とDNAアルキル化剤であるニトロソグアニジンに対して感受性を示した。一方、${it Drgcp}$遺伝子破壊株はUVやDNAに架橋を形成するマイトマイシンCに対して感受性を示した。${it T. thermophilus}$${it D. radiodurans}$はいずれもGcpオルソログを破壊でき、その表現型は異なる部分があるが、いずれもDNA修復系との関与が示唆された。今後は、各酵素の活性や相互作用について詳細な解析を行っていく予定である。

口頭

生物間で共通する機能未知必須遺伝子${it gcp}$の遺伝学的解析

中村 顕*; 北原 一正*; 小野寺 威文; 星野 貴行*; 鳴海 一成

no journal, , 

O-sialoglycoprotein endopeptidase(Gcp)とアノテートされている遺伝子は、そのオルソログが真核生物・古細菌・バクテリアを問わず、ゲノム配列が決定されたほとんどすべての生物で見いだされ、高い相同性を示す。この遺伝子は大腸菌や枯草菌などのモデルバクテリア、並びにモデル真核生物の酵母で必須遺伝子に分類されており、Gcpは重要な生命現象を担っていることが考えられる。大腸菌のGcpオルソログが別の必須タンパク質(YeaZ)と複合体を形成するという報告もなされている。今回、${it Thermus thermophilus}$(${it Th}$)及び${it Deinococcus radiodurans}$(${it Dr}$)を用いて、Gcpオルソログ及びYeaZオルソログの遺伝子破壊株の示す表現型について検討したところ、${it TtyeaZ}$破壊株は${it Ttgcp}$破壊株と同様に高塩濃度に対して感受性を示したが、${it Drgcp}$破壊株は${it Ttgcp}$破壊株とは異なり、高塩濃度感受性を示さなかった。また、${it Drgcp}$破壊株,${it DryeaZ}$破壊株ともに、DNA損傷剤であるmitomycin Cに対して強い感受性を示したが、${it Ttgcp}$破壊株は示さなかった。一方、${it Ttgcp}$破壊株は酸化剤であるH$$_{2}$$O$$_{2}$$に対して顕著な感受性を示した。

口頭

放射線抵抗性細菌における多種生物間に共通した機能未知遺伝子の解析

小野寺 威文; 北原 一正*; 中村 顕*; 佐藤 勝也; 太田 敏博*; 鳴海 一成

no journal, , 

${it O}$-sialoglycoprotein endopeptidase (Gcp)とアノテートされている遺伝子は、大腸菌や出芽酵母などでは必須遺伝子に分類され、${it Thermus thermophilus}$${it Synechocystis}$ sp. PCC6803では、必須遺伝子ではないことが明らかとなっている。その機能として、出芽酵母ではミトコンドリアの${it gcp}$オルソログ(${it qri7}$)変異株は、ゲノムDNAが消失することや${it Thermus thermophilus}$においては、その遺伝子破壊株は高塩濃度下では生育が抑制されることが報告されており、現在のところ、生物間における${it gcp}$オルソログの役割について相互の関連性は見いだされていない。そこでわれわれは、放射線抵抗性細菌${it Deinococcus radiodurans}$を用いてGcpオルソログをコードする遺伝子(${it DR0382}$,以下、${it DrygjD}$), YeaZオルソログをコードする遺伝子(${it DR0756}$,以下、${it DryeaZ}$)と、${it T. thermophilus}$のGcpオルソログをコードする遺伝子(${it TTC0888}$,以下、${it TtygjD}$), YeaZオルソログをコードする遺伝子(${it TTC0008}$,以下、${it TtyeaZ}$)の機能的役割について遺伝学的解析を行った。

口頭

大腸菌機能未知必須遺伝子${it ygjD (gcp)}$, ${it yeaZ}$, ${it yjeE}$${it Thermus}$属細菌を用いた遺伝学的解析

北原 一正*; 鳴海 一成; 星野 貴行*; 中村 顕*

no journal, , 

${it gcp}$のオルソログはゲノム配列が公開されたほとんどすべての生物に保存されており、さらに多くのモデルバクテリア及び酵母では必須遺伝子に分類される。また、大腸菌や出芽酵母のオルソログはゲノムの維持に関与する可能性が示唆されている。さらに大腸菌では${it gcp}$オルソログ(${it ygjD}$)が、やはり必須遺伝子である機能未知の${it yeaZ}$及び${it yjeE}$との間で複合体を形成することが示されている。われわれは今までに高度好熱菌${it Thermus thermophilus}$${it gcp}$オルソログ(${it TtygjD}$)が必須ではなく、その破壊株は高塩濃度感受性を示すことを明らかにした。今回、高度好熱菌における${it yeaZ}$, ${it yjeE}$のオルソログ(${it TtyeaZ}$, ${it TtyjeE}$)をマーカー遺伝子の挿入による破壊を行ったところ、破壊株を取得することができたので、高度好熱菌ではこれらの遺伝子も必須ではないことが明らかになった。破壊株の示す表現型について検討したところ、${it TtygjD}$, ${it TtyeaZ}$, ${it TtyjeE}$破壊株のいずれもが高塩濃度感受性及びH$$_{2}$$O$$_{2}$$やメナジオンによる酸化ストレス感受性を示した。このことから、高度好熱菌ではこれら3種の遺伝子が同一の細胞プロセスにかかわることが示唆された。

口頭

内陸アラスカにおける森林火災からの植生回復と炭素収支の長期観測

植山 雅仁*; 岩田 拓記*; 永野 博彦; 田原 成美*; 原薗 芳信*

no journal, , 

北方林では温暖化による森林火災の増加・大規模化が懸念されており、高緯度地域における炭素収支を評価するうえで重要なプロセスになっている。本研究では、森林火災で消失した内陸アラスカの2箇所の焼け跡において渦相関法によるCO$$_{2}$$フラックスの長期観測を行い、クロノシーケンスにより炭素収支の変動を評価した。2つの火災跡地でのフラックスとLAIは、森林火災からの年数に対して連続した変化を示した。林齢の増加によりLAIは増加し、それに伴って、年積算GPP, REも増加した。林齢10年のGPPは、内陸アラスカの成熟林におけるGPPと同程度にまで回復した。しかしながら、火災から13年たっても年間でCO$$_{2}$$吸収になることは1年を除いては無かった。以上のことからGPP, REは火災後10年程度で成熟林と同等までに回復するが、CO$$_{2}$$収支の観点では火災跡地は依然としてCO$$_{2}$$放出源として機能していることが明らかとなった。GPPの月別値はLAIと強い正の相関を示したことから、火災後のGPPの変動は葉面積の増加によってほぼ説明できることが分かった。北方林火災からの最初の10年間の炭素収支の変動は、LAIの増加によるGPPの上昇により年間CO$$_{2}$$放出量が徐々に低下することで説明できた。森林火災から13年が経過しても、焼け跡は依然として年間でCO$$_{2}$$放出源として作用しており、13年間に放出したCO$$_{2}$$を吸収するには長い年月を要するものと思われる。

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