窒素固定エンドファイトによるサツマイモの生育促進機構ならびに共生メカニズムの解明

• Project/Area Number: 20J40207
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 38010:Plant nutrition and soil science-related
• Research Institution: National Agriculture and Food Research Organization
• Principal Investigator: 塔野岡 純子 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 中日本農業研究センター, 特別研究員(RPD)
• 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: エンドファイト / 窒素固定 / サツマイモ / 生育促進 / Bradyrhizobium

Outline of Research at the Start

サツマイモは救荒作物として知られており、肥料の少ないやせた土地においても生育することが可能である。申請者らはこれまでにサツマイモ内から窒素固定エンドファイト（Bradyrhizobium sp. AT1）を分離しており、この菌をサツマイモに接種すると、非接種区と比較して生育を促進することを確認している。さらにAT1株は根粒器官を形成しなくても窒素固定をすることが可能であり、サツマイモ以外の作物にも感染する。これらのメカニズムを明らかにすることは、非マメ科作物における共生窒素固定の解明につながるだけではなく、過剰なエネルギー投入を行わない持続可能な作物生産技術の開発につながると考える。

Outline of Annual Research Achievements

私達はサツマイモ体内から窒素固定エンドファイトとしてBradyrhizobium　sp. AT1を分離している。この菌の接種により、サツマイモ体内での窒素固定活性ならびに根の伸長促進を確認している。これまでにサツマイモの生育促進には植物ホルモンやいくつかの遺伝子の関与が示唆されているが、詳細は明らかにされていない。今年度はAT1株を接種したサツマイモ地下部のメタボローム解析を行い、AT1株の接種がサツマイモの生育に及ぼす原因を推定した。
無菌栽培したサツマイモ苗を土壌が充填されたポットに移植し、AT1株接種区と非接種区を設けた。接種30日後に地下部をサンプリングし、液体窒素で速やかに冷凍し、乳鉢と乳棒を用いて粉末にした。これらのサンプルについてCE-TOFMSを用いたメタボローム解析を行い、イオン性代謝産物を網羅的に測定した。さらに代謝産物の測定データを用いて、主成分分析および階層的クラスタリングによるヒートマップ解析を行った。
この結果、AT1株接種30日後の根において、非接種区と比較してアミノ酸やエネルギー代謝、ストレス応答に関連する代謝産物の変動が認められた。一方、AT1株接種区と非接種区では根の生育や形態にほとんど違いが認められなかった。
私達はこれまでに、サツマイモ地下部においてAT1株接種により発現変動がみられる遺伝子の網羅的解析を行っており、代謝やストレス応答に関連する多様な遺伝子の発現変動を確認している。これらの結果をあわせて、AT1株の接種により変動したサツマイモ内の代謝産物が、サツマイモの生育やストレス応答に関与している可能性を示唆した。

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] Effects of Inoculating the Diazotrophic Endophyte Bradyrhizobium sp. AT1 on Different Cultivars of Sweet Potato (Ipomoea batatas [L.] Lam.) (2023)
  • Author(s): Junko Terakado-Tonooka, Fukuyo Tanaka, Toshihiko Karasawa, Akihiro Suzuki, Yoshinari Ohwaki
  • Journal Title: Agronomy Volume: 13 Issue: 4 Pages: 963-972
  • DOI: 10.3390/agronomy13040963
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 窒素固定エンドファイト（Bradyrhizobium sp. AT1)を接種したサツマイモ地下部のメタボローム解析 (2022)
  • Author(s): 塔野岡（寺門）純子、岡崎 圭毅、田中 福代、唐澤 敏彦、大脇 良成
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2022年度東京大会
• [Presentation] Bradyrhizobium sp. AT1接種によるサツマイモ地下部の生育促進作用 (2021)
  • Author(s): 塔野岡（寺門）純子、田中 福代、大脇 良成
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2021年度北海道大会