Deciphering the molecular mechanisms involved in growth and yield in Rice plants exposed to Volatile Compounds (VCs)

• Project/Area Number: 20K15425
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 38010:Plant nutrition and soil science-related
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: Baslam Marouane 新潟大学, 自然科学系, 特任助教 (30783914)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: バイオスティミュラント / 持続可能な農 / ミクロビオーム / 微生物の生物活性化合 / 分子生物学 / 代謝工学 / 持続可能な農業 / 微生物の生物活性化合物 / 作物生産 / 植物と微生物の相互作用 / 揮発性化合物 / 植物ー微生物相互作用 / オミックス / イネ / 持続可能農業

Outline of Research at the Start

本研究課題においては、イネを材料として、根圏細菌由来の揮発性化合物（VCs）が植物の成長、開花、および収量を促進する現象に関与する生化学的および分子的メカニズムの解明を行い、VCsを介した植物ー微生物相互作用を理解することを目的とする。そのため、（ワークパッケージ１） A. oryzaeおよびP. aurantigreseum のVCsに対するイネの応答、（ワークパッケージ２）A. oryzaeおよびP. aurantigreseumによって放出される植物の成長・分化に影響を及ぼすVCsの同定、（ワークパッケージ３）圃場における生理活性VCsの検証に関する研究を実施する。

Outline of Annual Research Achievements

微生物は多様な揮発性化合物（mVCs）を合成し、植物と微生物の有益な相互作用の重要なメディエーターとして機能している。これまでの研究から、mVCsが微生物自身の成長を調整しつつ、植物の生理学的およびホルモン経路を調節して、光合成と糖の蓄積を促進し、根の体積、葉の大きさ、葉と花の数を増やし、果実や種子の生産量を増加させることができることを明らかにした。これらの知見から、mVCは植物生産システムにおける重要なバイオテクノロジー資源と位置付けられる。本研究では、(1) 麹菌Aspergillus oryzae が放出する揮発性有機化合物のブレンド、または異なる濃度の合成化合物を個々に曝露したシロイヌナズナとイネの成長および発達に及ぼすmVCsの影響、および (2) mVCs による植物成長促進のメカニズムについて生理・分子的手法を用いて研究した。その結果、A. oryzae による植物生長促進機構に mVCs が関与している可能性を確認した。また、有意な植物成長促進作用を示す8つの単一揮発性物質を同定し、その作用は揮発性物質の濃度依存的であった。マイクロアレイ解析の結果、これらの揮発性物質がオーキシン、サイトカイニン、エキスパンシンが関与する植物ホルモンシグナルを調節することが明らかとなった。これらの結果は、A. oryzae由来のmVCsが植物の成長を調節する原動力となり、新しいバイオ刺激剤として、また化学肥料に代わる持続可能な代替物として、農園芸作物にうまく利用できることを示している。
本年度は、新潟大学農学部特任助教として在職し、研究課題を実施できたのは4月から6月までの3ヶ月間のみであり、進展させることはできなかったが、学術論文などの執筆を行い、発表した。

Research Products

• [Journal Article] [Mini Review] Microbial Volatile-mediated Plant Growth, Fitness, and Health Promotion (2022)
  • Author(s): Baslam Marouane、Aycan Murat、Mitsui Toshiaki
  • Journal Title: Bulletin of Applied Glycoscience Volume: 12 Issue: 3 Pages: 165-169
  • DOI: 10.5458/bag.12.3_165
  • ISSN: 2185-6427, 2424-0990
  • Year and Date: 2022-08-20
• [Journal Article] Plants?Microorganisms-Based Bioremediation for Heavy Metal Cleanup: Recent Developments, Phytoremediation Techniques, Regulation Mechanisms, and Molecular Responses (2022)
  • Author(s): Raklami Anas、Meddich Abdelilah、Oufdou Khalid、Baslam Marouane
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 23 Issue: 9 Pages: 5031-5031
  • DOI: 10.3390/ijms23095031
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Root Reinforcement Improved Performance, Productivity, and Grain Bioactive Quality of Field-Droughted Quinoa (Chenopodium quinoa) (2022)
  • Author(s): Toubali Salma、Ait-El-Mokhtar Mohamed、Boutasknit Abderrahim、Anli Mohamed、Ait-Rahou Youssef、Benaffari Wissal、Ben-Ahmed Hela、Mitsui Toshiaki、Baslam Marouane、Meddich Abdelilah
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 13 Pages: 860484-860484
  • DOI: 10.3389/fpls.2022.860484
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Impact of Single and Combined Salinity and High-Temperature Stresses on Agro-Physiological, Biochemical, and Transcriptional Responses in Rice and Stress-Release (2022)
  • Author(s): Nahar Lutfun、Aycan Murat、Hanamata Shigeru、Baslam Marouane、Mitsui Toshiaki
  • Journal Title: Plants Volume: 11 Issue: 4 Pages: 501-501
  • DOI: 10.3390/plants11040501
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The Native Arbuscular Mycorrhizal Fungi and Vermicompost-Based Organic Amendments Enhance Soil Fertility, Growth Performance, and the Drought Stress Tolerance of Quinoa (2022)
  • Author(s): Benaffari Wissal、Boutasknit Abderrahim、Anli Mohamed、Ait-El-Mokhtar Mohamed、Ait-Rahou Youssef、Ben-Laouane Raja、Ben Ahmed Hela、Mitsui Toshiaki、Baslam Marouane、Meddich Abdelilah
  • Journal Title: Plants Volume: 11 Issue: 3 Pages: 393-393
  • DOI: 10.3390/plants11030393
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 微生物揮発性物質を介した植物の成長促進に関する研究 (2022)
  • Author(s): Baslam Baslam Marouane、Aycan Murat、Mitsui Toshiaki
  • Journal Title: Bulletin of Applied Glycoscience Volume: in press
• [Journal Article] Recent Advances in Carbon and Nitrogen Metabolism in C3 Plants (2021)
  • Author(s): Baslam, Marouane; Mitsui, Toshiaki; Sueyoshi, Kuni; Ohyama, Takuji.
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 22 Issue: 1 Pages: 318-318
  • DOI: 10.3390/ijms22010318
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Biofertilizers as strategies to improve photosynthetic apparatus, growth, and drought stress tolerance in the date palm, (2020)
  • Author(s): Mohamed ANLI, Marouane BASLAM*, Abdel-ilah TAHIRI, Anas RAKLAMI, Sarah SYMANCZIK, Abderrahim BOUTASKNIT, Mohamed AIT-EL-MOKHTAR, Raja BEN-LAOUANE, Salma TOUBALI, Youssef AIT RAHOU, Mustapha AIT CHITT, Khalid OUFDOU, Toshiaki MITSUI, Mohamed HAFIDI, and Abdelilah MEDDICH.
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 23;
  • DOI: 10.3389/fpls.2020.516818
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Potential of Native Arbuscular Mycorrhizal Fungi, Rhizobia, and/or Green Compost as Alfalfa (Medicago sativa) Enhancers under Salinity (2020)
  • Author(s): Raja BEN-LAOUANE, Marouane BASLAM, Mohamed AIT-EL-MOKHTAR, Mohamed ANLI, Abderrahim BOUTASKNIT, Youssef AIT-RAHOU, Salma TOUBALI, Toshiaki MITSUI, Khalid OUFDOU, Said WAHBI and Abdelilah MEDDICH.
  • Journal Title: Microorganisms Volume: 8(11） Issue: 11 Pages: 1695-1695
  • DOI: 10.3390/microorganisms8111695
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Aspergillus oryzaeの揮発性物質はデンプンの蓄積を誘発し、植物の成長を促進する (2020)
  • Author(s): BASLAM Marouane, 南保沙帆, 梅谷勇輝, 新倉充孝, 三ツ井敏明
  • Journal Title: 応用糖質科学 (Bulletin of Applied Glycoscience) Volume: 10 Pages: 4-4
• [Presentation] Identification of new microbial volatile-mediated plant growth promotion as biostimulants. (2021)
  • Author(s): Yuki Umetani, Aycan Murat, Toshiaki Mitsui, Marouane Baslam
  • Organizer: International Symposium on Strategies for Sustainability in Food Production, Agriculture and the Environment (ISFAE)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Towards a Multi-Approach Study Focused on Improving Resource Use Efficiency in Rice Under Climate Change. (2021)
  • Author(s): Baslam M, Murat Aycan, Nene Furukawa, Toshihiro Nagamori, Jose Luis Araus, Bertrand Gakiere, Eckart Priesack, Iker Aranjuelo, Toshiaki Mitsui
  • Organizer: ISFAE
  • Invited
• [Presentation] Volatile compounds (VCs) as New Biostimulants for crop improvement and future agriculture. (2021)
  • Author(s): Baslam M, Kimiko Itoh, Kaneko Kentaro, Edurne Baroja-Fernandez, Francisco Jose Munoz, Mohammad-Reza Hajirezaei, Karel Dolezal, Javier Pozueta-Romero, Toshiaki Mitsui
  • Organizer: Japanese Society of Applied GlycoScience
  • Invited
• [Presentation] Multi-omics reveal mechanisms of rice to microbial VolatileCompounds (VCs) exposure in a changing climate (2021)
  • Author(s): Marouane Baslam, Murat Aycan, Edurne Baroja-Fernandez, Francisco Jos; Munoz, Angela Maria Sanchez-Lopez, Nuria De Diego, Karel Dolezal, Mohammad-Reza Hajirezaei, Kimiko Itoh,Javier Pozueta-Romero, Toshiaki Mitsui
  • Organizer: 第62回日本植物生理学会年会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Microbial volatiles induce accumulation of starch and promote plant growth (2021)
  • Author(s): Marouane Baslam, Saho Nambo, Yuki Umetani, Mitsutaka Niikura, Toshiaki Mitsui,
  • Organizer: KAAB International Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Multi-omics reveal mechanisms of rice to microbial VolatileCompounds (VCs) exposure in a changing climate (2021)
  • Author(s): Marouane Baslam, Murat Aycan, Edurne Baroja-Fernandez, Francisco Jos; Munoz, Angela Maria Sanchez-Lopez, Nuria De Diego, Karel Dolezal, Mohammad-Reza Hajirezaei, Kimiko Itoh,Javier Pozueta-Romero, Toshiaki Mitsui
  • Organizer: KAAB International Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Microbial volatiles induce accumulation of starch and promote plant growth (2021)
  • Author(s): Marouane Baslam, Saho Nambo, Yuki Umetani, Mitsutaka Niikura, Toshiaki Mitsui,
  • Organizer: KAAB International Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Aspergillus oryzaeの揮発性物質はデンプンの蓄積を誘発し、植物の成長を促進する (2021)
  • Author(s): BASLAM Marouane, 南保沙帆, 梅谷勇輝, 新倉充孝, 三ツ井敏明
  • Organizer: 日本応用糖質科学会2020年度大会（第69回）・応用糖質科学シンポジウム一般講演・シンポジウム講演要旨
• [Book] バイオスティミュラントハンドブック (2022)
  • Author(s): 山内 靖雄、須藤 修、和田 哲夫、日本バイオスティミュラント協議会（Marouane BASLAM, Murat AYCAN, 三ツ井敏明）
  • Total Pages: 500
  • Publisher: エヌ・ティー・エス
  • ISBN: 9784860437695