Development of induction models for disease resistance and salinity tolerance in plants by avirulent bacteria

• Project/Area Number: 20J00615
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 41050:Environmental agriculture-related
• Research Institution: Tottori University
• Principal Investigator: 中原 浩貴 鳥取大学, 乾燥地研究センター, 特別研究員(PD) (30828364)
• Project Period (FY): 2020-04-24 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); 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: 耐塩性 / 病害抵抗性 / 青枯病 / トマト / 複合耐性誘導 / 有用細菌 / 塩ストレス / バイオコントロール / 複合耐性

Outline of Research at the Start

植物は病害や塩・乾燥といった多くの環境ストレスに晒される。各ストレスに対して、微生物を利用した耐性強化について広く研究が行われているが、複合的なストレス耐性の誘導を目的とした研究は少ない。申請者のこれまでの研究では、植物に病害抵抗性を誘導する細菌を選抜しており、本研究では病害抵抗性と耐塩性を複合的に誘導する細菌を探索する。また、病害と塩ストレスに対する植物の潜在的なストレス応答遺伝子の発現特性を明らかにし、細菌接種による植物のストレス応答遺伝子の発現誘導や植物生理特性の変化を調査することで、細菌を利用した植物への病害抵抗性と耐塩性の誘導モデルを構築する。

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、昨年度までに選抜した植物に耐塩性と病害防除効果の両方を付与する有用細菌A株と、病害防除効果のみを付与する有用細菌B株を供試し、植物に耐塩性と病害防除効果を誘導する有用細菌の作用機構を調査し、以下の事を明らかにした。両菌株は分子生物学的同定により人畜・植物への病原性が低い種のPseudomonas属菌株と近縁種であると推定された。非塩処理・塩処理条件における各菌株接種によるトマトの生育への影響を調査したところ、塩処理条件では、A株接種区で細菌無接種区と比べて草高、茎長、バイオマス量が顕著に増加した。A株はシデロフォア産生能、リン酸塩溶解能、ACCデアミナーゼ活性が高く、IAA産生能は低かった。B株はシデロフォア産生能とIAA産生能が高く、リン酸塩溶解能とACCデアミナーゼ活性はなかった。B株と比べてA株は植物組織内での定着能が高く、塩処理条件でも高密度に定着した。細菌無接種区では、塩処理によって葉面積、光合成速度および蒸散速度は顕著に低下したが、それらはA株接種区で顕著に増加した。また、塩処理条件においてA株接種区では、植物組織内のNa含量が高くなる一方で、K・P・Mg・Ca・Feの含量が顕著に増加したことから、耐塩性向上の要因には光合成関連因子および無機成分吸収の恒常性の維持が関与することが示唆された。
各菌株を接種したトマトでは、対照区の植物と比べて、青枯病の発病が有意に抑制された。根と葉では、有用菌株接種によっていくつかの病害防御関連酵素遺伝子および感染特異的タンパク質遺伝子の発現上昇が認められ、防除機構の一要因として植物への抵抗性誘導の関与が推察された。さらに、対照区、A株接種区、病原菌接種区、塩処理区のトマトのRNA-seq解析を実施し、有用細菌接種や病害ストレスおよび塩ストレスによって発現促進または発現抑制される遺伝子の発現パターンを推定することができた。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Effect of Burkholderia sp. and Pseudomonas spp. inoculation on growth, yield, and absorption of inorganic components in tomato ‘Micro-Tom’ under salinity conditions (2022)
  • Author(s): Hiroki Nakahara, Naotaka Matsuzoe, Takeshi Taniguchi, Ping An
  • Journal Title: Journal of Plant Interactions Volume: 17(1) Issue: 1 Pages: 277-289
  • DOI: 10.1080/17429145.2022.2035439
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Induction of spontaneous phenotype conversion in Ralstonia solanacearum by addition of iron compounds in liquid medium (2021)
  • Author(s): Hiroki Nakahara, Kento Mori, Taro Mori, Naotaka Matsuzoe
  • Journal Title: Journal of Microbiological Methods Volume: 186 Pages: 106233-106233
  • DOI: 10.1016/j.mimet.2021.106233
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Selection of Eggplant Cultivars and Combination with Graft Cultivation for Effective Biological Control of Vascular Wilt Diseases Using a Phenotypic Conversion Mutant of <i>Ralstonia solanacearum</i> (2021)
  • Author(s): Hiroki Nakahara, Akihiro Maehara, Taro Mori, Naotaka Matsuzoe.
  • Journal Title: The Horticulture Journal Volume: 90 Issue: 4 Pages: 393-400
  • DOI: 10.2503/hortj.UTD-298
  • NAID: 130008107332
  • ISSN: 2189-0102, 2189-0110
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Screening of phenotypic conversion mutant strains of Ralstonia solanacearum for effective biological control of Verticillium wilt in eggplant (2021)
  • Author(s): Nakahara Hiroki、Mori Taro、Matsuzoe Naotaka
  • Journal Title: Crop Protection Volume: 142 Pages: 105530-105530
  • DOI: 10.1016/j.cropro.2020.105530
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 植物に耐塩性と病害抵抗性を誘導する蛍光性Pseudomonas属細菌の作用機構－青枯病防除機構の要因を中心に－ (2022)
  • Author(s): 中原浩貴・松添直隆・谷口武士・安 萍
  • Organizer: 農業生産技術管理学会令和4年度大会
• [Presentation] 植物に耐塩性と病害抵抗性を誘導する蛍光性Pseudomonas属細菌の作用機構－耐塩性誘導機構の要因を中心に－ (2022)
  • Author(s): 中原浩貴・松添直隆・谷口武士・安 萍
  • Organizer: 日本砂丘学会第67回全国大会
• [Presentation] 青枯病菌の表現型変異株によるトマトの病害防御関連遺伝子の発現誘導 (2022)
  • Author(s): 中原浩貴・森 太郎・松崎弘美・近藤謙介・松添直隆
  • Organizer: 日本生物環境工学会2022年福岡大会
• [Presentation] 植物に病害防除効果と耐塩性を付与する細菌菌株の探索 (2022)
  • Author(s): 中原浩貴・松添直隆・谷口武士・安 萍
  • Organizer: 日本土壌微生物学会2022年度大会
• [Presentation] 非塩処理および塩処理条件におけるトマトの生育を促進する細菌菌株の選抜 (2021)
  • Author(s): 中原浩貴・松添直隆・安 萍
  • Organizer: 農業生産技術管理学会令和3年度大会
• [Presentation] Pseudomonas spp.およびBurkholderia sp.菌株の接種が非塩処理および塩処理栽培におけるトマトの無機成分吸収に及ぼす影響 (2021)
  • Author(s): 中原浩貴・松添直隆・安 萍
  • Organizer: 日本土壌微生物学会2021年度大会
• [Presentation] NaCl処理条件における植物生育促進能の高いPseudomonas属細菌の探索 (2020)
  • Author(s): 中原浩貴、安 萍、松添直隆
  • Organizer: 日本土壌微生物学会2020年度大会
• [Remarks] 鳥取大学乾燥地研究センターホームページ
  • URL: https://www.alrc.tottori-u.ac.jp/japanese/news-detail.php?id=96