植物ー微生物間の気相を介したケミカルコミュニケーション機構の解明

• Project/Area Number: 23K21254
• Project/Area Number (Other): 21H02332 (2021-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2021-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 41050:Environmental agriculture-related
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 上田 晃弘 広島大学, 統合生命科学研究科(生), 教授 (10578248)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000); Fiscal Year 2024: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2023: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2022: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2021: ¥8,710,000 (Direct Cost: ¥6,700,000、Indirect Cost: ¥2,010,000)
• Keywords: 植物生育促進微生物 / 植物－微生物間接的相互作用 / 揮発性物質 / 植物生育抑制微生物 / 植物ー微生物間接的相互作用 / 植物ー微生物相互作用 / ケミカルコミュニケーション

Outline of Research at the Start

本研究では植物―微生物間のケミカルコミュニケーションツールである微生物由来の揮発性物質（microbial Volatile Organic Compound, mVOC）の同定により、植物―微生物間接的相互作用の理解を試みる。生態系におけるmVOCが持つ植物生育へのインパクトを明らかにするとともに、mVOCが植物の生育をどのように制御しているのか、その作用機序を解明することを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

昨年度に引き続き、間接的に植物の生育に影響を与える微生物の選抜およびそれらの微生物から放出される揮発性物質の同定を継続した。固相マイクロ抽出法およびガスクロマトグラフ－質量分析器を用いて同定された多くの揮発性物質は、シロイヌナズナの生育に大きな影響を与えなかったものの、シロイヌナズナの生育を促進する揮発性物質の同定にも成功した。生育促進作用を持つ揮発性物質をシロイヌナズナに作用させると、2週間後のシロイヌナズナの乾物重量は1.5倍以上に増加する。シロイヌナズナの生育促進効果を持つ揮発性物質のいくつかはイネの生育促進にも効果的であることや塩害環境下におけるシロイヌナズナやイネの生育改善にも有効であることが分かってきたことから、植物体内における作用機序は複雑であり、揮発性物質ごとに異なるものであると思われた。生育促進効果を持つ揮発性物質をシロイヌナズナに作用させたところ、ストレス応答遺伝子群とともに器官増大を制御する転写因子の発現が誘導されることが明らかとなってきたことから、シロイヌナズナは微生物由来の揮発性物質を認識し、遺伝子発現を調節した上で生理応答を変化させる機構を有していることを示唆している。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

間接的に植物の生育を促進する微生物の単離や、それら微生物から放出される揮発性物質の定性分析とともに、植物の生育促進に資する揮発性物質の同定に成功している。

Strategy for Future Research Activity

これまでに同定してきた植物生育促進能を持つ揮発性物質の定性定量分析を行う。またこれら揮発性物質が植物の生育をどのように促進しているのかの分子機構の解明を行うために、シロイヌナズナやイネを用いたRNA seq解析やイオノーム解析を実施予定である。

Research Products

• [Presentation] Plant growth promotion through indirect interaction between plants and microbes (2023)
  • Author(s): Karen Miwa, Kristine Mae Yu Bentoy, Theint Thida, Yuichiro Kubo, Momo Kondo, Hisashi Omura, Akihiro Ueda
  • Organizer: Taiwan Japan Plant Biology 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 植物の塩アルカリ害を軽減する微生物の探索 (2023)
  • Author(s): 三輪佳蓮，那須久瑠光，久保裕一朗，上田晃弘
  • Organizer: 2023年第119回日本土壌肥料学会関西支部講演会
• [Presentation] 植物の生長を制御する微生物由来揮発性物質の探索 (2022)
  • Author(s): 那須久瑠光，三輪佳蓮，上田晃弘
  • Organizer: 日本農芸化学会中四国支部第64 回講演会
• [Presentation] 間接的相互作用により植物の生育を促進させる微生物の単離 (2022)
  • Author(s): 三輪佳蓮，棚林榛奈，柳井麻希，那須久瑠光，近藤もも，上田晃弘
  • Organizer: 第118回日本土壌肥料学会関西支部講演会
• [Presentation] 植物生育促進細菌をもっと使えるように (2021)
  • Author(s): 上田晃弘
  • Organizer: 日本農芸化学会・中四国若手シンポジウム
  • Invited