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Elucidation of the rhizosphere microbiota assemblage process in soybean with focus on metabolite-metabolite interactions

Research Project

Project/Area Number 22KJ1727
Project/Area Number (Other) 21J23155 (2021-2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2021-2022)
Section国内
Review Section Basic Section 38010:Plant nutrition and soil science-related
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

松田 陽菜子  京都大学, 農学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2023-03-08 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2023: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywordsダイズ / イソフラボン / 根圏 / β-グルコシダーゼ / 輸送体 / 分泌 / 植物微生物相互作用 / 根粒菌 / マイクロバイオーム / VOCs
Outline of Research at the Start

根圏とは「植物根から影響を受ける土壌領域」のことであり、根圏に生息する微生物は、植物の養分吸収促進、ストレス耐性向上などに寄与することが知られている。植物は根圏に代謝物を分泌することで、生存に好ましい微生物叢を形成すると考えられている。ダイズ根から分泌されるイソフラボンは、30年以上前から根粒菌との共生シグナルであることが知られていたが、2020年には根圏微生物叢形成を制御することが示された。しかし、その微生物叢形成のプロセスは十分に明らかにされていない。本研究では、代謝物間の相互作用に着目してイソフラボンを介したダイズ根圏微生物叢形成プロセスを明らかにすることを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

植物根圏において植物の特化代謝産物(Plant, specialized metabolites, PSM)は重要な役割を担うが、植物の細胞内で生合成されたPSMの「根から土壌への分泌」、「土壌中での動態」、「微生物叢への影響」の一連の過程については、その実態に未解明な部分が多かった。本研究は、ダイズが生産するPSMであるイソフラボン類を中心に、ダイズ根圏に存在するその他の代謝産物にも着目し、ダイズ根圏微生物叢形成の過程の詳細を明らかにすることを目的として研究を行った。本研究の主な成果は以下の通りである。
1.ダイズ根のアポプラストに局在してイソフラボン配糖体を加水分解するβ-グルコシダーゼのICHGが、根アポプラストのイソフラボン量および組成を変化させることを、ichg変異体の表現型解析により示した。圃場試験においては、ダイズ根圏土壌のイソフラボン量がichgの変異により減少すること、またICHGが根圏へのイソフラボン分泌に寄与することを明らかにした。
2.分子系統解析と遺伝子発現解析により、2つの輸送体遺伝子が、根外へのイソフラボン分泌に関与する輸送体遺伝子候補として有力であることを示した。タバコBY-2細胞を用いてイソフラボン輸送体候補の発現ラインを作出し、主要なイソフラボンアグリコンの1つであるゲニステインの輸送解析手法を確立した。
以上のように、本研究では、生化学、分子生物学、情報科学的解析を通して、ダイズ根圏で重要な生理的役割を果たしているイソフラボン類が根圏へもたらされ、微生物叢に影響を与えるまでの過程の一端を解明した。本研究成果は、植物代謝生化学、植物分子生物学、および植物微生物相互作用研究の発展に寄与するところが大きいと言える。

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (24 results)

All 2024 2023 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (21 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Int'l Joint Research] オランダ生態学研究所(オランダ)

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    • Author(s)
      Hinako Matsuda, Yumi Yamazaki, Eiko Moriyoshi, Masaru Nakayasu, Shinichi Yamazaki, Yuichi Aoki, Hisabumi Takase, Shin Okazaki, Atsushi J Nagano, Akito Kaga, Kazufumi Yazaki, Akifumi Sugiyama
    • Journal Title

      Plant and Cell Physiology

      Volume: pcad012 Issue: 5 Pages: 486-500

    • DOI

      10.1093/pcp/pcad012

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    • Author(s)
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      〇Koshiro Matsumura,Hinako Matsuda,Kyoko Takamatsu,Shinichi Yamazaki,Hisabumi Takase,Yoshiharu Fujii,Yuichi Aoki,Nozomu Sakurai, Kazufumi Yazaki,Akifumi Sugiyama
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      〇Koshiro Matsumura,Hinako Matsuda,Kyoko Takamatsu,Shinichi Yamazaki,Hisabumi Takase,Yoshiharu Fujii,Yuichi Aoki,Nozomu Sakurai, Kazufumi Yazaki,Akifumi Sugiyama
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      〇Tomoaki Sato, Hinako Matsuda, Kyoko Takamatsu, Noritaka Aoki, Akinori Ando, Shigenobu Kishino, Jun Ogawa, Sachiko Masuda, Arisa Shibata, Ken Shirasu, Tomohisa Shimasaki, Kazufumi Yazaki, Akifumi Sugiyama
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      第7回京都生体質量分析研究会国際シンポジウム
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    • Author(s)
      〇佐藤 友昭、松田 陽菜子、高松 恭子、青木 愛賢、安藤 晃規、岸野 重信、小川 順、増田 幸子、柴田 ありさ、白須 賢、島﨑 智久、矢﨑 一史、杉山 暁史
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      日本農芸化学会2024年度大会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Apoplastic beta-glucosidase increases the accumulation of isoflavones in the soybean rhizosphere2023

    • Author(s)
      ○Hinako Matsuda, Yumi Yamazaki, Eiko Moriyoshi, Masaru Nakayasu, Shinichi Yamazaki, Yuichi Aoki, Hisabumi Takase, Shin Okazaki, Atsushi J Nagano, Akito Kaga, Kazufumi Yazaki and Akifumi Sugiyama
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      2023 IS-MPMI CONGRESS
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  • [Presentation] ダイズイソフラボンの細胞外輸送を担うABC輸送体候補遺伝子の解析2023

    • Author(s)
      〇Hinako Matsuda, Ryosuke Munakata, Masaru Nakayasu, Shinichi Yamazaki, Yuichi Aoki, Atsushi J. Nagano, Kazufumi Yazaki, Akifumi Sugiyama
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      第40回日本植物バイオテクノロジー学会(千葉)大会
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  • [Presentation] Accumulation of flavones and flavonols in soybean roots and their effect on rhizosphere microbiota2023

    • Author(s)
      〇Koshiro Matsumura,Hinako Matsuda,Kyoko Takamatsu,Shinichi Yamazaki,Hisabumi Takase,Yoshiharu Fujii,Yuichi Aoki,Nozomu Sakurai, Kazufumi Yazaki,Akifumi Sugiyama
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      第32回植物微生物研究会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] The effect of flavones and flavonols on soybean rhizosphere microbiota2023

    • Author(s)
      〇Koshiro Matsumura,Hinako Matsuda,Kyoko Takamatsu,Shinichi Yamazaki,Hisabumi Takase,Yoshiharu Fujii,Yuichi Aoki,Nozomu Sakurai,Kazufumi Yazaki,Akifumi Sugiyama
    • Organizer
      CNRS International Research Network France-Japan Frontiers in Plant Biology 2023
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Effects of flavones and flavonols on the bacterial community in soybean rhizosphere2023

    • Author(s)
      〇Koshiro Matsumura,Hinako Matsuda,Kyoko Takamatsu,Shinichi Yamazaki,Hisabumi Takase,Yoshiharu Fujii,Yuichi Aoki,Nozomu Sakurai, Kazufumi Yazaki,Akifumi Sugiyama
    • Organizer
      JSBBA KANSAI 10th Student Forum
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] イソフラボン構造多様性がダイズ-根圏細菌相互作用に与える影響の探索2023

    • Author(s)
      〇佐藤 友昭、松田 陽菜子、高松 恭子、青木 愛賢、安藤 晃規、岸野 重信、小川 順、増田 幸子、柴田 ありさ、白須 賢、島﨑 智久、矢﨑 一史、杉山 暁史
    • Organizer
      第32回植物微生物研究会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] The effect of structurally diverse isoflavones on soybean-rhizosphere bacteria interactions2023

    • Author(s)
      〇Tomoaki Sato, Hinako Matsuda, Kyoko Takamatsu, Noritaka Aoki, Akinori Ando, Shigenobu Kishino, Jun Ogawa, Sachiko Masuda, Arisa Shibata, Ken Shirasu, Tomohisa Shimasaki, Kazufumi Yazaki, Akifumi Sugiyama
    • Organizer
      CNRS International Research Network France-Japan Frontiers in Plant Biology 2023
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] The Effect of Isoflavone Structural Diversity on Soybean-Rhizosphere Bacteria Interactions2023

    • Author(s)
      〇Tomoaki Sato, Hinako Matsuda, Kyoko Takamatsu, Noritaka Aoki, Akinori Ando, Shigenobu Kishino, Jun Ogawa, Sachiko Masuda, Arisa Shibata, Ken Shirasu, Tomohisa Shimasaki, Kazufumi Yazaki, Akifumi Sugiyama
    • Organizer
      JSBBA KANSAI 10th Student Forum
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] ダイズ根圏のイソフラボン蓄積に関与するβ-グルコシダーゼの解析2023

    • Author(s)
      松田 陽菜子、山﨑 由実、森吉 英子、中安 大、山﨑 真一、青木 裕一、高瀬 尚文、岡崎 伸、永野 惇、加賀 秋人、矢﨑 一史、〇杉山 暁史
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      日本農芸化学会2023広島大会
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  • [Presentation] ダイズ根から根圏へのイソフラボン分泌を促進するアポプラスト局在のβ-グルコシダーゼの解析2022

    • Author(s)
      〇松田陽菜子、山﨑由実、森吉英子、中安 大、山﨑真一、青木裕一、高瀨尚文、永野 惇、岡崎 伸、加賀秋人、矢﨑一史、杉山暁史
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  • [Presentation] 揮発性有機化合物が土壌細菌叢に与える影響の解析2022

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      〇岩田 恵理子、松田 陽菜子、矢﨑 一史、杉山 暁史
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      第31回植物微生物研究会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Analysis of an apoplastic β-glucosidase facilitating the delivery of isoflavones from soybean roots to the rhizosphere2022

    • Author(s)
      〇Hinako MATSUDA, Yumi YAMAZAKI, Eiko MORIYOSHI, Masaru NAKAYASU, Shinichi YAMAZAKI, Yuichi AOKI, Hisabumi TAKASE, Shin OKAZAKI, Atsushi J. NAGANO, Akito KAGA, Kazufumi YAZAKI, Akifumi SUGIYAMA
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      JSBBA KANSAI 9th Student Forum
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  • [Presentation] Analysis of a β-glucosidase involved in the regulation of isoflavone amounts in soybean root apoplast and rhizosphere2022

    • Author(s)
      Hinako Matsuda, Yumi Yamazaki, Eiko Moriyoshi, Masaru Nakayasu, Shinichi Yamazaki, Yuichi Aoki, Hisabumi Takase, Shin Okazaki, Akito Kaga, Kazufumi Yazaki, Akifumi Sugiyama
    • Organizer
      第63回日本植物生理学会年会
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      坪山愛、市野琢爾、李豪、松田陽菜子、棟方涼介、杉山暁史、矢崎一史
    • Organizer
      日本農芸化学会2022年度京都大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Diurnal variation of isoflavone biosynthesis in soybean roots2021

    • Author(s)
      Hinako Matsuda, Masaru Nakayasu, Yuichi Aoki, Shinichi Yamazaki, Atsushi J. Nagano, Kazufumi Yazaki, Akifumi Sugiyama
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      ISRR 11th International Symposium/ Rooting 2021 9th International Symposium on Root Development
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ダイズ根のイソフラボン生合成遺伝子と協調的に発現するフルサイズ ABCG 輸送体遺伝子の解析2021

    • Author(s)
      松田陽菜子、棟方涼介、中安大、山﨑真一、青木裕一、齋藤直也、丸山潤一、永野惇、矢﨑一史、杉山暁史
    • Organizer
      第38回日本植物バイオテクノロジー学会
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      2021 Annual Research Report

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Published: 2021-05-27   Modified: 2024-12-25  

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