Comprehensive study on radiocesium absorption by soybean
| Project/Area Number |
23K21251
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| Project/Area Number (Other) |
21H02325 (2021-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2021-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 41050:Environmental agriculture-related
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| Research Institution | Fukushima University |
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Principal Investigator |
二瓶 直登 福島大学, 食農学類, 教授 (50504065)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高橋 秀和 福島大学, 食農学類, 教授 (00325937)
市橋 泰範 国立研究開発法人理化学研究所, バイオリソース研究センター, チームリーダー (20723810)
濱本 昌一郎 北海道大学, 農学研究院, 教授 (30581946)
高木 恭子 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 作物研究部門, 上級研究員 (40707634)
小林 奈通子 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (60708345)
岡野 夕香里 福島大学, 食農学類, 准教授 (90734872)
中田 隆 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 作物研究部門, 研究員 (90882548)
辰野 宇大 福島大学, 環境放射能研究所, 研究員 (40898003)
小澤 仁嗣 福島大学, 食農学類附属発酵醸造研究所, 特任助教 (60915685)
平賀 勧 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 作物研究部門, 上級研究員 (30332472)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000)
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| Keywords | ダイズ / 放射性セシウム / マルチオミクス解析 / 東京電力福島第一原子力発電所事故 / マルチオミクス |
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| Outline of Research at the Start |
土壌にはK以外にも作物生育に必要な多様なイオン、および根滲出物や代謝物が多数存在している。ダイズは根粒菌や菌根菌と共生し、高度に複雑な根圏微生物叢を構築している。つまり、ダイズのCs吸収は土壌の化学性、微生物性、物理性が複雑に絡み合う農業生態システムの中で成立しており、本来Kだけの単独指標ではなく総合的に評価されるべきである。そのため本課題では、これまで土壌の交換性K濃度のみであったダイズのCs吸収に関する栽培環境要因を、土壌や微生物のオミクスデータ（イオノーム、マイクロバイオーム等）を統合したマルチオミクス解析を駆使して解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
（ア）Cs吸収に関与する遺伝的制御について、これまでに得た複数の候補遺伝子から選抜し、その欠損体を用いた評価を行った。また、異なる環境で栽培したダイズのRNA-seq解析に基づく検討により、Cs吸収を担う候補遺伝子を同定した。
（イ）土壌の多様な成分や微生物、物理性を含めた栽培環境がダイズのCs吸収能に与える影響を明らかにするため、福島県内でダイズが栽培されている圃場から土壌、微生物のデータを包括的に取得した。
（ウ）福島県内でダイズのコアコレクション（337品種）を栽培し、開花期の葉、子実の133Cs濃度を測定した。葉と子実の133Cs濃度比を用いてゲノムワイド関連解析（GWAS）により、葉から子実へ移行する候補遺伝子の同定を試みた。分析が済んだ85品種の葉、子実のCs濃度、および葉と子実のCs濃度比の最大値と最小値はそれぞれ22倍、24倍、97倍であった。葉と子実のCs濃度比についてGWAS解析を行った結果、p値が高い(7.5以上)ローカスがいくつか検出された。
（エ）基肥でK施肥を行うとCs吸収抑制効果は高かったが、K追肥ではCs抑制効果はみられなかった。またCa施肥については土壌型により結果が異なり、灰色低地土ではCs濃度が低下したが、黒ボク土ではCs濃度の低下はせず、Ca輸送体の関与は判然としなかった。作物が吸収しやすい分画(F1)としにくい分画(F2)に分けて検討したところ、ダイズのCs吸収はイネやソバよりF2分画の割合が高く、ダイズは広い分画のCsを吸収することが示された。
（オ）ダイズのCs蓄積経過を明らかにするため生育期間中の一定期間だけCsを供給して水耕栽培をしたところ、ダイズのCs吸収はK、Caと同様に生育後半まで続いた。また、およそ55%が転流によって蓄積したものであり、45%が根から直接吸収して子実に蓄積したと算出された。
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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
Cs吸収に関与する遺伝的制御について、その欠損体を用いた評価を行いCs吸収を担う候補遺伝子を同定した。
また、土壌の多様な成分や微生物、物理性を含めた栽培環境がダイズのCs吸収能に与える影響を明らかにするため、福島県内でダイズが栽培されている圃場から土壌、微生物のデータを包括的に取得した。
さらに、福島県内でダイズのコアコレクション（337品種）を栽培し、開花期の葉、子実の133Cs濃度を測定しゲノムワイド関連解析により、p値が高い(7.5以上)ローカスがいくつか検出している。
作物のCs濃度を予測する際の一般的な指標である土壌中の交換性カリウム（K）含量だけではダイズ中のCs濃度は説明できない部分が多く、K以外の土壌因子の関与として他元素の影響も検討している。
以上より、Cs吸収に関する遺伝的、栽培環境的主要な因子を特定し、安全なダイズ栽培に基づく農業復興に寄与するために当初予定していた計画は概ね順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
Cs吸収に関与するHAK-like遺伝子以外の遺伝子を探索するため、予備試験でCs吸収に影響したCa濃度を変えた水耕栽培を行い、生育時期別のCs吸収量とRNA-seqによる遺伝子発現解析を実施する。Cs吸収量に連動して発現が変化する遺伝子を特定するが、対象となる遺伝子は多数存在することが予測されるため、他植物で報告されているCs吸収関連遺伝子（CNGC等）を参考に、注意深く発現量の比較を行う。さらに、遺伝子の発現量を表現型としてQTL解析（eQTL解析）により候補遺伝子を検出する。特定した候補遺伝子については、変異体集団の中から候補遺伝子の変異体を探索し、137Csを用いた吸収試験によりCs吸収に関与しているかどうかを確認する。Cs吸収の抑制を確認後、両ナンセンス変異株の交配により両遺伝子の変異を集積した二重変異体を育成して表現型の調査を行い、HAKで説明できないCs吸収をどの程度説明できるかを検証する。
有機物連用圃場、不耕起圃場など特徴的な栽培圃場よりダイズと土壌を収穫期に採取する。子実の133Cs濃度の他、各元素濃度、生育や収量などの形質を測定する。土壌はpH、CN、EC、水分の他、各元素濃度および代謝物および保水性、透水係数、粒度分布、土壌硬度を測定する。生物性は、16S rRNA領域（細菌）及びITS領域（菌類）について次世代シーケンサー解析によるアンプリコンシーケンシグを行う。各圃場の気象データも加え、全データを一つの統合マトリックスとして、相関ネットワークによるモジュール構造を探索する。加えて、特定のモジュール内でCs吸収を説明する回帰分析から、高い寄与率を示す有効性因子として土壌特性、微生物を同定する。ダイズ、土壌、微生物に関わる多数データを並列化して、より精度よく要因解明に迫るモデルを開発し、より安全なダイズ栽培のポイントを提案する。
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Report
(1 results)
Research Products
(7 results)
