沿岸原核生物群集の細胞成分と滲出物から得られる植物プランクトン性有機物に対する応答の違い

Differential Responses of a Coastal Prokaryotic Community to Phytoplanktonic Organic Matter Derived from Cellular Components and Exudates.

• Hiroaki Takebe
• Kento Tominaga
• Kentaro Fujiwara
• Keigo Yamamoto
• Takashi Yoshida

抄録

植物プランクトンによる有機物の生産と原核生物による有機物の消費は、海洋の炭素循環に大きく貢献している。植物プランクトンからの有機物は、生細胞の滲出物、放牧による細胞破壊、ウイルスによる溶解の3つのプロセスを経て放出され、それぞれ異なる化学的性質を示すことが知られている。本研究では、植物プランクトンの全細胞画分（放牧による細胞破壊）と細胞外画分（滲出物）が原核生物群集に及ぼす影響を、培養実験を用いて検討した。原核生物群集の変化を2週間にわたって解析した。その結果、3日目に第一のピーク（～4.1×10細胞mL）、13日目に第二のピーク（～1.1×10細胞mL）を迎え、両治療法による細胞量の変化は同様のダイナミクスを示した。得られた配列をオペレーショナル・タクソノミック・ユニット（OTU）に分類した。ブレイ・カーティス非類似性解析により、OTUレベルの群集構造が2つの処理によって明瞭に変化することが明らかになった。その結果、WF処理群では10個のOTUが、EF処理群では13個のOTUが特異的に多く存在した。これらの有機物群集は、主にAlteromonadales（Gammaproteobacteria）とBacteroidetesに属する従属栄養細菌と同定され、有機物添加後に連続的な動態を示した。また、米国モントレー湾の自然な沿岸ブルームから得られた公開されているメタゲノムデータを用いて、これらのOTUの動態を解析した。その結果、少なくとも2つの有機物処理群はアカシウツボと共存しており、アカシウツボのブルームがこれらの有機物処理群にも影響を与えていることが示唆された。今回の結果は、未感染植物プランクトンの増殖細胞と死滅細胞が海洋原核生物群集に異なる影響を与えていることを強く示唆している。

The phytoplanktonic production and prokaryotic consumption of organic matter significantly contribute to marine carbon cycling. Organic matter released from phytoplankton via three processes (exudation of living cells, cell disruption through grazing, and viral lysis) shows distinct chemical properties. We herein investigated the effects of phytoplanktonic whole-cell fractions (WF) (representing cell disruption by grazing) and extracellular fractions (EF) (representing exudates) prepared from Heterosigma akashiwo, a bloom-forming Raphidophyceae, on prokaryotic communities using culture-based experiments. We analyzed prokaryotic community changes for two weeks. The shift in cell abundance by both treatments showed similar dynamics, reaching the first peak (~4.1×10‍ ‍cells‍ ‍mL) on day 3 and second peak (~1.1×10‍ ‍cells‍ ‍mL) on day 13. We classified the sequences obtained into operational taxonomic units (OTUs). A Bray-Curtis dissimilarity analysis revealed that the OTU-level community structure changed distinctively with the two treatments. Ten and 13 OTUs were specifically abundant in the WF and EF treatments, respectively. These OTUs were assigned as heterotrophic bacteria mainly belonging to the Alteromonadales (Gammaproteobacteria) and Bacteroidetes clades and showed successive dynamics following the addition of organic matter. We also analyzed the dynamics of these OTUs in the ocean using publicly available metagenomic data from a natural coastal bloom in Monterey Bay, USA. At least two WF treatment OTUs showed co-occurrence with H. akashiwo, indicating that the blooms of H. akashiwo also affect these OTUs in the ocean. The present results strongly suggest that the thriving and dead cells of uninfected phytoplankton differentially influence the marine prokaryotic community.