過湿ストレス下の炭素動態と養水分吸収能を指標としたダイズ根系形態と機能のモデル化
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22KK0084
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| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 39:Agricultural and environmental biology and related fields
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
高橋 宏和 名古屋大学, 生命農学研究科, 准教授 (50755212)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
野田 祐作 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 放射線生物応用研究部, 研究員 (40865838)
杉浦 大輔 名古屋大学, 生命農学研究科, 講師 (50713913)
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| Project Period (FY) |
2022-10-07 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥20,020,000 (Direct Cost: ¥15,400,000、Indirect Cost: ¥4,620,000)
Fiscal Year 2024: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
Fiscal Year 2023: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
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| Keywords | 炭素動態 / 過湿ストレス / ダイズ / RIイメージング / 根系モデリング / 放射性同位体 / 耐湿性 / 根 / 根系モデル |
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| Outline of Research at the Start |
日本においてダイズの耐湿性の向上は，未だ解決されていない長年の課題である．過湿ストレス下において植物の根は真っ先にその影響を受ける器官であることから，耐湿性向上には過湿ストレスに適応できる根系を育種する必要がある．そこで，植物の根が過湿ストレス後の根系形成過程を、これまでのような形態的な特徴だけではなく，①植物体内の生理応答、②根系の再構築，③根系機能の回復の3段階に分けて解析を行い，ダイズの過湿ストレスに対する根系形成を理解する．さらにこれらの情報を利用して，CIRADにおける海外共同研究者と連携して過湿ストレスに対するダイズの根系形成モデルを構築することで，根型育種における問題解決に挑む．
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和2年度の日本におけるダイズは飼料用も含めるとわずか6%程度となっている．ダイズの生産性が向上しない要因の一つに過湿ストレスが挙げられる．日本においてダイズの耐湿性の向上は，未だ解決されていない長年の課題である．植物の根は，養水分の吸収を担う重要な器官であるとともに，湿害，旱害，塩害，貧栄養などの環境ストレスに真っ先に晒される器官であることから，作物はこのようなストレスに適応するために根系の再構築を行う．そのため，植物が環境ストレス耐性を獲得するためには，根系の改良が重要であり，第二の緑の革命は根型育種において起こると期待されている．そのため，耐湿性向上においても過湿ストレスに適応できる根系を育種する必要がある．そのためには，過湿ストレスに対する根系形成を理解し，根系形成モデル構築し，根型育種のための明確なストラテジーの確立が必要不可欠である．これまでに過湿ストレス下において，根系形態の変化よりもはるかに早く炭素動態を変化させていることから，2023年度はダイズ幼苗期をモデルに植物の生理応答と炭素動態について詳細な解析を行った．その結果，ダイズは過湿ストレス後1時間以内に炭素動態を大きく変化させていることが明らかとなった．また，CIRADにおいて海外共同研究者と連携して制御環境下で複数のダイズ品種を栽培し，過湿ストレスに対する根系形態を解析した．
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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，ダイズ幼苗を使用した放射性同位体を用いた実験から過湿ストレス後に根における炭素動態が1時間以内に大きく変化したことが明らかとなった．同様に地上部の光合成活性や糖濃度を測定したが，これらについては24時間以内に大きな変化は観察されなかった．したがって，新規固定炭素の動態が，過湿ストレスに応答して大きく変化しており，早期のストレス応答の指標となることが明らかとなった．さらにPETISを用いた解析から，遅くとも処理後20分後には過湿ストレス下において根の炭素の輸送が大きく抑制される可能性があることが明らかとなった．また，フランスのCIRADにおいてRhizoscopeを用いた解析を行いダイズ6品種を低酸素および酸素十分条件下で栽培し，光合成活性や根系形態および地上部形質を測定したところ品種間差を検出できた．
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度までで，ダイズ幼苗期における過湿ストレスに応答した，根系形態とその炭素動態に関するデータについては十分に取得することができた．しかし，低酸素処理を施しているものの，実際に根に酸素が全く輸送されていないのか，あるいはされていたとしてもどの程度酸素が根に供給されているかなどの情報が不足している．そこで，次年度は円筒型酸素電極を用いて，過湿ストレス下で根にどの程度酸素が供給されているかについて評価する．また，過湿ストレス下の根の応答として主根の伸長停止がある．過湿ストレス下の根系形態の変化は，主根根端が傷害を受けたことが要因となっている可能性があることからこのことについても検証する必要がある．これらの生理学的，形態学的データを蓄積した上でCIRADの共同研究者と根系形態のモデリングを行う予定である．また，昨年度フランスのCIRADにおいてRhizoscopeを用いた解析を行い品種間差を検出することには成功した．しかし，低酸素処理区と酸素十分な環境との間で，明確な生育の差を検出できなかった．これは施設内の光が強く過湿ストレスの影響が低減されてしまったことが要因であると考えられる．今年度についても，この問題を解決し1ヶ月間CIRADでのダイズ栽培を行う予定である．
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Report
(2 results)
Research Products
(3 results)
