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遺伝学とケミカルバイオロジーでデザインする節水適応型作物の分子育種戦略

Research Project

Project/Area Number 20J00594
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 39020:Crop production science-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

迫田 和馬  東京大学, 農学系研究科, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2020-04-24 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords光合成 / 作物 / ケミカルバイオロジー / 水利用効率
Outline of Research at the Start

高CO2化に伴う地球温暖化や気候変動により、水資源が農業生産を制限する地域の拡大が懸念され、節水型農業の重要性が高まっている。本研究では光合成と水利用効率の可視化装置を活用し、ダイズ変異体リソースと化合物ライブラリーを対象とした大規模スクリーニングを行う。これにより、高い光合成能力と水利用効率を両立する遺伝的機構を網羅的に解明し、節水条件で優れた生産性を示すダイズ品種の育成に向けた分子育種戦略のデザインを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では光合成の可視化装置を活用しダイズ変異体リソースと化合物ライブラリーを対象とした大規模スクリーニングを行う。これにより、高い光合成能力と水利用効率を両立する遺伝的機構を網羅的に解明し、節水条件で優れた生産性を示すダイズ品種の育成に向けた分子育種戦略のデザインを目指す。
前年度には96穴プレートを用いた独自のシロイヌナズナ土耕栽培システムを確立し、1万種以上の低分子化合物を対象としたスクリーニングによって光合成活性を高める作用を示す新規化合物の同定に成功した。本年度は、同定した化合物と構造が類似した類縁化合物の光合成への効果を検証し、光合成に作用を示す基本骨格を明らかにした。さらに、同定化合物はシロイヌナズナおよびレタスの光合成活性を高めるだけでなく、バイオマスを有意に増加させる効果を示すことを明らかにした。次いで、同定化合物とその類縁体の1種を処理したシロイヌナズナ個体を対象にRNA-seq解析を行った。これら2つの化合物の処理により共通して有意に発現量が増加する1つの遺伝子、低下する2つの遺伝子が同定され、これら遺伝子が化合物の作用機構に関与すると考えられた。特筆すべきことに、同定化合物はシロイヌナズナの乾燥耐性を飛躍的に高めることが明らかとなった。すなわち、本研究により同定された化合物は、植物の生産性および耐乾性を高める作用を有することが実証された。将来的に本化合物を活用して実用可能な薬剤を開発することで、節水条件における作物生産性の向上に資するものと期待される。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2022 2021 2020 Other

All Journal Article (10 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 10 results,  Open Access: 2 results) Presentation (3 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Towards improved dynamic photosynthesis in C3 crops by utilising natural genetic variation2022

    • Author(s)
      Sakoda Kazuma、Adachi Shunsuke、Yamori Wataru、Tanaka Yu
    • Journal Title

      Journal of Experimental Botany

      Volume: not determined Issue: 10 Pages: 3109-3121

    • DOI

      10.1093/jxb/erac100

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Flavodiiron proteins enhance the rate of CO2 assimilation in Arabidopsis under fluctuating light intensity2022

    • Author(s)
      Basso Leonardo、Sakoda Kazuma、Kobayashi Ryouhei、Yamori Wataru、Shikanai Toshiharu
    • Journal Title

      Plant Physiology

      Volume: - Issue: 1 Pages: 375-387

    • DOI

      10.1093/plphys/kiac064

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Drought stress reduces crop carbon gain due to delayed photosynthetic induction under fluctuating light conditions2022

    • Author(s)
      Sakoda Kazuma、Taniyoshi Kazuki、Yamori Wataru、Tanaka Yu
    • Journal Title

      Physiologia Plantarum

      Volume: 174 Issue: 1 Pages: 1-15

    • DOI

      10.1111/ppl.13603

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] MIC-100, a new system for high-throughput phenotyping of instantaneous leaf photosynthetic rate in the field2021

    • Author(s)
      Yu Tanaka, Kazuki Taniyoshi, Ayumu Imamura, Ryo Mukai, Shun Sukemura, Kazuma Sakoda, Shunsuke Adachi
    • Journal Title

      Functional Plant Biology

      Volume: 49 Issue: 6 Pages: 1-9

    • DOI

      10.1071/fp21029

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Stomatal, mesophyll conductance and biochemical limitations to photosynthesis during induction2021

    • Author(s)
      Kazuma Sakoda, Wataru Yamori, Michael Groszman and John Evans
    • Journal Title

      Plant Physiology

      Volume: 185 Issue: 1 Pages: 146-160

    • DOI

      10.1093/plphys/kiaa011

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Effects of Introduction of Sorghum RbcS with Rice RbcS Knockdown by RNAi on Photosynthetic Activity and Dry Weight in Rice.2021

    • Author(s)
      Kazuma Sakoda , Akito Yamamoto , Chie Ishikawa , Yojiro Taniguchi , Hiroyoshi Matsumura & Hiroshi Fukayama
    • Journal Title

      Plant Production Science

      Volume: in press Issue: 3 Pages: 1-8

    • DOI

      10.1080/1343943x.2020.1847669

    • NAID

      120007125729

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Overexpression of both Rubisco and Rubisco activase rescues rice photosynthesis and biomass under heat stress2021

    • Author(s)
      Qu Yuchen、Sakoda Kazuma、Fukayama Hiroshi、Kondo Eri、Suzuki Yuji、Makino Amane、Terashima Ichiro、Yamori Wataru
    • Journal Title

      Plant, Cell & Environment

      Volume: 44 Issue: 7 Pages: 1-13

    • DOI

      10.1111/pce.14051

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Physiological analysis of leaf photosynthesis of backcross-derived progenies from soybean (Glycine max (L.) Merrill) and G. tomentella Hayata2021

    • Author(s)
      Mohammad Jan Shamim, Yu Tanaka, Kazuma Sakoda, Tatsuhiko Shiraiwa and Randall L Nelson
    • Journal Title

      Plant Production Science

      Volume: 24 Issue: 1 Pages: 109-117

    • DOI

      10.1080/1343943x.2020.1807369

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Minimizing VPD Fluctuations Maintains Higher Stomatal Conductance and Photosynthesis, Resulting in Improvement of Plant Growth in Lettuce2021

    • Author(s)
      Inoue Takayasu、Sunaga Motoo、Ito Mutsuhiro、Yuchen Qu、Matsushima Yoriko、Sakoda Kazuma、Yamori Wataru
    • Journal Title

      Frontiers in Plant Science

      Volume: 12 Pages: 646144-646144

    • DOI

      10.3389/fpls.2021.646144

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Higher Stomatal Density Improves Photosynthetic Induction and Biomass Production in Arabidopsis Under Fluctuating Light2020

    • Author(s)
      Sakoda Kazuma、Yamori Wataru、Shimada Tomoo、Sugano Shigeo S.、Hara-Nishimura Ikuko、Tanaka Yu
    • Journal Title

      Frontiers in Plant Science

      Volume: 11 Pages: 1609-1609

    • DOI

      10.3389/fpls.2020.589603

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 葉肉コンダクタンスは光合成誘導を律速するか?2021

    • Author(s)
      迫田和馬・矢守航・Michael Groszmann・John R. Evans
    • Organizer
      日本植物生理学会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 乾燥ストレスは変動光環境における作物の光合成に可逆的ダメージを与える2021

    • Author(s)
      迫田和馬・谷吉和貴・矢守航・田中佑
    • Organizer
      日本作物学会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] イネ多収品種”タカナリ”はオゾンストレスに弱い?2020

    • Author(s)
      迫田和馬・矢守航・大政謙次・青野光子
    • Organizer
      日本作物学会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Book] Handbook of Plant and Crop Physiology2021

    • Author(s)
      Kazuma Sakoda, Yu Tanaka and Wataru Yamori
    • Publisher
      CRC Press
    • ISBN
      9780367554545
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Remarks] 世界初、変動する光に対する植物葉内のCO2輸送の挙動を捉えた!

    • URL

      https://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/topics_20201130-1.html

    • Related Report
      2020 Annual Research Report

URL: 

Published: 2020-07-07   Modified: 2024-03-26  

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