トウモロコシの茎を食べる微生物――微生物にとっての新たな「食料」(Corn Stalks. It’s What’s for Dinner … If You’re a Microbe.)

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2026-08-07 カリフォルニア大学サンディエゴ校(UCSD)

米カリフォルニア大学サンディエゴ校(UC San Diego)の研究チームは、トウモロコシの茎葉などの植物残渣を分解する微生物群集が、どのように炭素を利用・循環させるのかを調べた。植物由来の有機物は土壌微生物にとって主要なエネルギー源だが、複雑な植物細胞壁を構成するセルロースやリグニンなどは分解が難しく、炭素がどのように微生物へ取り込まれるかは十分に解明されていなかった。研究では、トウモロコシ残渣を分解する微生物の代謝活動を追跡し、特定の微生物が植物由来炭素を直接利用するだけでなく、他の微生物が生産した代謝産物をさらに利用するなど、複雑な「食物網」を形成していることを示した。この知見は、農地での植物残渣分解や土壌炭素貯留、温室効果ガス排出を左右する微生物間の相互作用を理解するうえで重要であり、農業における炭素循環の予測や管理の高度化にもつながる可能性がある。

<関連情報>

複雑な選択圧下での系統的な実験室進化によるリグノセルロース糖代謝の同時最適化 Simultaneous optimization of lignocellulosic sugar catabolism via systematic laboratory evolution under complex selection pressure

Sunghwa Woo,Hyun Gyu Lim,Brenna Norton-Baker,Torrey M. Lind,Nathan E. Gladden,Yan Chen,Ciara de Venecia,Thomas Eng,Christopher W. Johnson,Aindrila Mukhopadhyay,Christopher J. Petzold,Adam M. Guss,Gregg T. Beckham & Adam M. Feist
Nature Communications  Published:29 July 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-75974-x  Unedited version

Abstract

Efficient co-utilization of hexose and pentose sugars from lignocellulose is essential for microbial bioconversion, yet engineered catabolic pathways can be unstable or suboptimal in complex resource environments. Here, we use a Pseudomonas putida strain engineered to catabolize xylose and arabinose to examine how resource abundance, temporal availability, and subculturing shape evolutionary outcomes. Using an automated adaptive laboratory evolution (ALE) platform, we evolve the strain under simple single-substrate and complex multi-substrate selection pressures. These environments drive divergence between catabolic specialists and generalists. Weak or absent selection for xylose frequently leads to loss of xylose catabolism, whereas carbon-limited mixed-sugar environments promote stable retention and coordinated optimization of multiple catabolic pathways, enhancing growth and substrate utilization. Genomic, proteomic, and biochemical analyses show that pathway-specific fitness costs determine evolutionary stability. A generalist clone also shows improved indigoidine production from mixed sugars relative to the parental strain. Together, these findings show how resource dynamics shape fitness landscapes that govern catabolic specialization, generalization, evolutionary trade-offs, and engineering of bioconversion.

生物環境工学
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