Analysis of interactions between cultivated sweetpotato species and symbiotic micro-organisms mediated by sugar compounds
| Project/Area Number |
22K06078
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 43010:Molecular biology-related
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| Research Institution | Nagoya University |
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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)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥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)
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| Keywords | 共生 / 微生物 / メタゲノム |
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| 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。
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| 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、植物ホルモン量を調査したところ、変異個体ではサイトカイニン等の生産量はむしろ増加していたため、変異個体の生育の低下の原因は植物ホルモン量ではなく、その他の理由により引き起こされていると考えられた。また、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。全メタゲノムDNAのアセンブリの結果、1,306,961の塩基配列（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たところ、75の分別ゲノムが見出された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は、サツマイモ個体からの細菌細胞層の分離、メタゲノム解析をほぼ計画通り進められている。根組織からの細菌細胞層の分離法を改良し、数グラムの根組織からの細菌細胞の分離に成功した。さらに、メタゲノムDNAの解析の結果、サツマイモ植物由来DNAの混入は数％に抑えられていた。全メタゲノムを解析することによって、1,306,961の塩基配列（コンティグ）を得た上、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、75の分別ゲノムが見出された。これらゲノム の存在比を野生個体と変異個体のメタゲノムデータで比較解析することにより、野生個体に特徴的な数種の細菌ゲノムが見出された。遺伝子部位をアノテーションすることによって、サツマイモの成長促進に関わる遺伝子の探索を進めている。合わせて、野生個体根圏からこれらと一致する微生物の分離培養を進めている。また、変異個体の生育の低下の原因として植物ホルモン量の変化が認められなかったことから、異なるメカニズムによる生育の低下の可能性が示された。
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| Strategy for Future Research Activity |
サツマイモ野生個体およびIbACS変異個体それぞれから、根圏のメタゲノムDNAを分離し、メタゲノム配列の比較解析によって複数の分別ゲノムの存在比に差が認められた。これらのうちサツマイモの成長促進に関与すると推定される微生物を特定するため、野生個体根圏からこれらと一致する微生物を分離培養する。分離培養に成功した細菌種を滅菌土壌で栽培するサツマイモ個体に接種し、サツマイモの成長促進に関わる微生物を特定する。サツマイモの成長促進に関わる微生物が特定された場合、それらについて、全ゲノム配列を決定後、アノテーションゲノムを調査し、成長促進に関わる候補遺伝子を特定する。さらに、それら遺伝子に変異を導入した変異体を作成し、滅菌土壌で栽培するサツマイモ個体に野生株または変異体を接種する接種実験を実施する。サツマイモ個体への成長促進効果を評価し、真に成長促進に寄与する遺伝子を明らかにする。
サツマイモの成長促進に関わる微生物について、さらにアグロシノピンへの走化性・資化性を調査する。
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Report
(1 results)
Research Products
(4 results)
