Analysis of interactions between cultivated sweetpotato species and symbiotic micro-organisms mediated by sugar compounds

• Project/Area Number: 22K06078
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43010:Molecular biology-related
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 竹本 愛子 (田中愛子) 名古屋大学, 生命農学研究科, 研究員 (90464148)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2026: ¥130,000 (Direct Cost: ¥100,000、Indirect Cost: ¥30,000); Fiscal Year 2025: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 共生 / 微生物 / メタゲノム

Outline of Research at the Start

近年、サツマイモのゲノム解析から、病原菌であるアグロバクテリウム由来の遺伝子配列が見出され、栽培品種に広く保存されていることが明らかとなった。この遺伝子配列には、特定の微生物によって分解・資化される糖類化合物アグロシノピンの合成酵素遺伝子ACSが含まれていたことから、サツマイモはACS遺伝子を維持することによって土壌中の有用微生物との相互作用を促進し、悪条件での生長を可能にしていると推定した。そこで本研究では、アグロシノピンを利用する微生物群がサツマイモの生長に与える影響とそのメカニズムを分子レベルで明らかにすることで、貧栄養環境に強いサツマイモの生長を支える微生物群の全容解明を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

サツマイモゲノムには、病原性アグロバクテリウム由来のアグロシノピン合成酵素遺伝子の配列が見つかっている。糖類化合物であるアグロシノピンは、特定の 微生物によってのみ分解・資化される。このことから、サツマイモは本遺伝子を維持することによって土壌中の有用微生物との相互作用を促進し、悪条件での生長を可能にしていると推定された。本研究では、 サツマイモ野生種および栽培種のIbACSによる生合成産物を分解・資化する微生物群を明らかにすること、ま た、その微生物がサツマイモ栽培種の生長に与える影響とそのメカニズムを分子レベルで明らかにすることを目指す。

IbACS遺伝子のサツマイモにおける機能を明らかにするため、CRISPR/CAS9法により、サツマイモ品種花らんまんのIbACS遺伝子変異体を作出している。変異個体 は、野生型個体と比較し、新鮮重が顕著に低下する。変異個体の生育の低下の原因を明らかにするため、野生型個体、変異個体それぞれの根組織から、細胞分画により細菌細胞層を分離し、メタゲノムDNAを得た。根組織からの細菌細胞層の分離には改良法を確立し、数グラムの組織からの細菌細胞の分離に成功した。細菌細胞から、全メタゲノムを抽出し、NextSeq1000を用いて、野生型個体と変異個体それぞれ全メタゲノムDNAのアセンブリの結果、 それぞれコンティグを得た。これらをさらに同一微生物由来と推定される配列群にグループ化し、50の野生型個体根圏由来の分別ゲノムと、21の変異個体根圏由来の分別ゲノムが得られた。これらを既知の微生物ゲノムを含めた系統樹により比較したところ、野生型の６ゲノムが新奇の系統グループを形成し、また、別のPantoea属に近縁の４ゲノムが野生型にのみ特徴的なグループとして見出された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度は、メタゲノム解析の結果、サツマイモのACS変異個体の根圏に欠失した微生物種が明らかとなった。次年度にこれら微生物種を分離するため、各種分離培養条件の検討にすでに取り掛かっているため、次年度中にサツマイモの成長促進に直接関与する微生物種の特定は可能と考えている。

Strategy for Future Research Activity

本年度候補となった微生物種を分離培養し、サツマイモの成長へ直接関与する微生物を特定する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 上海陳山植物科学センター(中国)
• [Int'l Joint Research] University of Adelaide(オーストラリア)
• [Int'l Joint Research] International Potato Center(ペルー)
• [Journal Article] Haplotype-based phylogenetic analysis and population genomics uncover the origin and domestication of sweetpotato (2024)
  • Author(s): Yan Mengxiao、Li Ming、Wang Yunze、Wang Xinyi、Moeinzadeh M-Hossein、Quispe-Huamanquispe Dora G.、Fan Weijuan、Fang Yijie、Wang Yuqin、Nie Haozhen、Wang Zhangying、Tanaka Aiko、Heider Bettina、Kreuze Jan F.、Gheysen Godelieve、Wang Hongxia、Vingron Martin、Bock Ralph、Yang Jun
  • Journal Title: Molecular Plant Volume: 17 Issue: 2 Pages: 277-296
  • DOI: 10.1016/j.molp.2023.12.019
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Botrytis cinerea tolerates phytoalexins produced by Solanaceae and Fabaceae plants through an efflux transporter BcatrB and metabolizing enzymes (2023)
  • Author(s): Bulasag Abriel Salaria、Camagna Maurizio、Kuroyanagi Teruhiko、Ashida Akira、Ito Kento、Tanaka Aiko、Sato Ikuo、Chiba Sotaro、Ojika Makoto、Takemoto Daigo
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 14 Pages: 1177060-1177060
  • DOI: 10.3389/fpls.2023.1177060
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Draft Genome Sequences of Neofusicoccum parvum Strains Isolated from Mango and Rice-Paper Plant (Tetrapanax papyrifer) (2023)
  • Author(s): Ashida Akira、Camagna Maurizio、Sato Ikuo、Chiba Sotaro、Tanaka Aiko、Takemoto Daigo
  • Journal Title: Microbiology Resource Announcements Volume: 12 Issue: 6
  • DOI: 10.1128/mra.00259-23
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Sink-source imbalance triggers delayed photosynthetic induction: Transcriptomic and physiological evidence (2023)
  • Author(s): Ozawa Yui、Tanaka Aiko、Suzuki Takamasa、Sugiura Daisuke
  • Journal Title: Physiologia Plantarum Volume: 175 Issue: 5
  • DOI: 10.1111/ppl.14000
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Induction of plant disease resistance by mixed oligosaccharide elicitors prepared from plant cell wall and crustacean shells (2023)
  • Author(s): Pring Sreynich、Kato Hiroaki、Imano Sayaka、Camagna Maurizio、Tanaka Aiko、Kimoto Hisashi、Chen Pengru、Shrotri Abhijit、Kobayashi Hirokazu、Fukuoka Atsushi、Saito Makoto、Suzuki Takamasa、Terauchi Ryohei、Sato Ikuo、Chiba Sotaro、Takemoto Daigo
  • Journal Title: Physiologia Plantarum Volume: 175 Issue: 5
  • DOI: 10.1111/ppl.14052
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Both incompatible and compatible rhizobia inhabit the intercellular spaces of leguminous root nodules (2023)
  • Author(s): Hata Shingo、Tsuda Risa、Kojima Serina、Tanaka Aiko、Kouchi Hiroshi
  • Journal Title: Plant Signaling & Behavior Volume: 18 Issue: 1 Pages: 2245995-2245995
  • DOI: 10.1080/15592324.2023.2245995
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Characterization of photosynthetic Bradyrhizobium sp. strain SSBR45 isolated from the root nodules of Aeschynomene indica (2023)
  • Author(s): Hata Shingo、Kojima Serina、Tsuda Risa、Kawajiri Nanami、Kouchi Hiroshi、Suzuki Takamasa、Uesaka Kazuma、Tanaka Aiko
  • Journal Title: Plant Signaling & Behavior Volume: 18 Issue: 1 Pages: 2184907-2184907
  • DOI: 10.1080/15592324.2023.2184907
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Inhibitors of Asexual Reproduction of the Plant Pathogen Phytophthora from Tomato Juice: Structure Activity Relationships and Transcriptome Analysis (2022)
  • Author(s): Kato Fumika、Ando Yuka、Tanaka Aiko、Suzuki Takamasa、Takemoto Daigo、Ojika Makoto
  • Journal Title: Journal of Agricultural and Food Chemistry Volume: 70 Issue: 40 Pages: 12878-12884
  • DOI: 10.1021/acs.jafc.2c05556
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis of aglycones, structure activity relationships, and mode of action of lycosides as inhibitors of the asexual reproduction of Phytophthora (2022)
  • Author(s): Kato Fumika、Ando Yuka、Tanaka Aiko、Suzuki Takamasa、Takemoto Daigo、Ojika Makoto
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Volume: 87 Issue: 2 Pages: 208-216
  • DOI: 10.1093/bbb/zbac179
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Botrytis cinerea identifies host plants via the recognition of antifungal capsidiol to induce expression of a specific detoxification gene (2022)
  • Author(s): Kuroyanagi Teruhiko、Bulasag Abriel Salaria、Fukushima Keita、Ashida Akira、Suzuki Takamasa、Tanaka Aiko、Camagna Maurizio、Sato Ikuo、Chiba Sotaro、Ojika Makoto、Takemoto Daigo
  • Journal Title: PNAS Nexus Volume: 1 Issue: 5 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1093/pnasnexus/pgac274
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] ヒストンH3のK9およびK27トリメチル化は牧草共生糸状菌Epichloe festucae の共生関連遺伝子の発現パターンを制御する (2023)
  • Author(s): 三浦敦士・一柳健司・佐藤育男・千葉 壮太郎・田中愛子・竹本大吾
  • Organizer: 日本植物病理学会関西部会
• [Presentation] DAMPs derived from plant cell wall, cello- and xylo-oligosaccharides, are recognized by a common mechanism via Arabidopsis LRR-malectin receptor kinase CORK1 (2023)
  • Author(s): Sreynich Pring, Hiroaki Kato, Maurizio Camagna, Aiko Tanaka, Ryohei Terauchi, Ikuo Sato, Sotaro Chiba, Daigo Takemoto
  • Organizer: 日本植物病理学会関西部会
• [Presentation] 植物が異物として認識するジャガイモ疫 病菌由来の不飽和脂肪酸エリシター内の 分子構造の特定 (2023)
  • Author(s): 太田里水・Mohammad Shahjahan Monjil・加藤大明・松田健太郎・鈴木捺美・Maurizio Camagna・田中愛子・寺内 良平・佐藤育男・千葉壮太郎・川北一 人・小鹿一・竹本大吾
  • Organizer: 日本植物病理学会関西部会