| Project/Area Number |
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, 高崎量子技術基盤研究所 量子バイオ基盤研究部, 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 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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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 |
作物の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．根系育種のためには，過湿ストレスに対する根系形成機構を理解し，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．これまでの解析から，過湿ストレス下において，新規固定炭素の動態が，根系形態の変化よりもはるかに早く炭変化することを明らかにしている．炭素動態に関しては十分な知見が得られつつあるため，2024年度は酸素輸送などの植物における生理的な解析を中心に行なった．円筒型酸素電極を用いて主根からの酸素漏出量を計測したところ，過湿ストレス下においても，主根基部側では多量の酸素漏出があり，拡散により酸素が供給されているにも関わらず，炭素の輸送が大きく阻害されることが明らかとなった．一方で，根端からの酸素漏出はほとんど検出されず，新規固定炭素の輸送を一致していた．酸素不足により根端が傷害を受けている可能性があったため，過湿処理後の根端の活性染色を行なったが，過湿処理数日間は，根端は高い活性を示した．また，物理的に根端を切除し，根系形成を比較したところ，その根系形態は，好気条件下で栽培したダイズと同様であったことから，過湿ストレスに適応した根系形態は，根端の傷害によって誘導されるものではないことが明らかとなった．また，フランスのCIRADにおいてRhizoscopeを用いた解析を行ったところ，弱光条件下で栽培し，根系形態と地上部の生育を調査した．ところが，低酸素処理区において根系形態は大きく変化したものの．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，ダイズの湿害が単純な根系の酸素不足だけではなく，その他の要因が関与している可能性が示唆された．
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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
これまでの解析からダイズの幼植物体において，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ている．しかし，これは主根根端が低酸素ストレスにより傷害を受けたことによる影響であることが危惧された．そこで，過湿ストレス後，経時的に根端の活性を評価したところ，処理数時間どころか，3日後まで，根端は高い活性をしてめした．さらに根端の傷害を模倣するために，根端を切除した植物体を栽培し，根系形態と炭素動態を観察した．しかし，根端切除個体では，過湿ストレス下のように側根の発生が基部側に制限されることはなく，切除部位の近傍まで側根が発生した．また，炭素動態においても，切断部位まで，新規固定炭素は輸送されており，その傾向は過湿ストレス下とは大きく異なっていた．根端切除した植物体を過湿ストレス処理した場合は，これまでと同様の根系および炭素動態を示した．以上のことから，過湿ストレス下での根系形態と炭素動態の変化は，根端の傷害によるものではない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た．また，本実験では，前回懸念された強光条件を改善し，200 μmol/m2/s-1前後にして，解析を行なった．しかし，前回と同様に光合成活性や根系形態および地上部形質において品種間差を検出できたが，根系形態以外の形質において，処理間で生育阻害などは観察されなかった．これらのことから，圃場での湿害の発生には，低酸素ストレス以外の要因が関与することが明らかとなった．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの結果から低酸素ストレスに対して，新規固定炭素の動態が大きく変化し，それが形態変化よりもはるかに早いことが明らかとなっている．また，フランスのCIRADにおけるRhizoscopeを用いた解析から，根系の低酸素ストレスは，根系形態を大きく変化させるものの，地上部などの生育阻害を引き起こさないことから，根系形態の変化にはトレードオフはないことが示唆された．また，ストレスによる影響よりも品種間差の方が大きいことから，炭素動態の変化には系統差があると考えられる．そのため，CIRADでの追試として炭素源となる二酸化炭素濃度を増加させた場合の，系統間での根系形態の変化を調査する予定である．
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