管理型作物栽培に向けた超高精度な土壌生態系解析基盤の確立
| Project/Area Number |
23K23591
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| Project/Area Number (Other) |
22H02326 (2022-2023)
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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 (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 39020:Crop production science-related
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
浴 俊彦 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40192512)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2027-03-31
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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 2026: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2025: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
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| Keywords | 土壌生物相 / DNAメタバーコード法 / 有用植物栽培 / 次世代シークエンサー / 作物栽培 / アレロパシー / 生物系統 |
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| Outline of Research at the Start |
土壌生態系を構成する微生物や菌類、線虫等の生物は、土壌生物同士のほか、土壌や土壌に 生育する植物と密接な相互作用を持つ。本研究では、全土壌生物を高精度かつ定量的に網羅できる土壌DNAメタバーコード法を開発し、作物・有用植物の栽培土壌や根圏土壌における原核・真核生物系統の組成と多様性、土壌生物間ネットワークと変動、土壌生物系統と土壌化学性との関係、植物による土壌生物への影響等を遺伝子レベルで明らかにする。以上の研究を通じて、土壌生態系の超高精度解析基盤を確立し、土壌生物データに基づく管理型作物栽培の発展に貢献することを目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、DNAメタバーコード法により、作物等の栽培土壌における全生物相の高精度分析法の確立と植物栽培への応用を目指している。本年度は、手法の改良ならびに本法を用いた、圃場とポットでの有用植物栽培土壌における生物相解析を開始した。
手法の改良では、適用可能な土壌量の制限のないリン酸バッファー抽出と簡易DNA精製カラムを用いた土壌DNA調製法（新規法）の検討を行なった。2つの方法で土壌量を変えて土壌生物相解析を行った結果、新規法による土壌DNAから得られた原核生物と真核生物のベータ多様性は、専用DNA精製カラムを用いた従来法の土壌DNAから得られた多様性とは、やや異なっていた。新規法では、従来法（10 g）より多い100 gまでの土壌が使用でき、より広範な土壌生物の分析が可能であることが示されたが、これまで得られた生物相データとの比較解析のため、今後も従来法による土壌DNA調製を継続することにした。
大学圃場を整備し、2022年度6月より、圃場２区画とポットで、アレロパシーを有する植物のマリーゴールドとヘアリーベッチ、さらに2種の有用植物を栽培し、植物近傍の土壌を4回採取した（４反復）。圃場土壌141サンプルより土壌DNAを調製し、16S, 18S rRNA遺伝子断片の増幅とシークエンシングを実施した。しかし、ポット栽培については、土壌採取は行なったものの、土壌DNA精製過程に問題が生じ、実験を中止した。また、新たな追加項目として、マリーゴールドの共栽培実験を計画、秋季に実施し、合計132サンプルの土壌を回収した。今後、ポット栽培法について再検討し、栽培実験を再開するとともに、共栽培土壌の生物相解析、圃場栽培土壌からのシークエンスデータ解析を進める予定である。
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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
DNAメタバーコード法に適用する土壌DNA精製法の改善を目的に、新規法と従来法による比較解析を実施した結果、新規法は簡便かつ土壌重量の制限を受けない利点を持つが、得られた生物多様性は従来法の結果と異なっていたことから、実験間の比較を伴う今後の土壌生物相解析には、引き続き従来法で精製した土壌DNAを用いるという最終結論を得た。また、2022年度、新たに作物栽培現場でのアレロパシー効果と土壌生物相への影響を評価するために、マリーゴールドと作物との共栽培実験を計画し、実施した。
圃場とポットによる栽培実験に関しては、大学圃場を整備し、圃場２区画での4種の植物栽培を実施、サンプル土壌の回収とrRNAアンプリコン解析を行った。一部のサンプルで、シークエンス反応の不良により、十分なリード数が得られなかったため、現在、シークエンスデータの積み増しと配列解析を進めている。一方、予想外の事態として、圃場ではヨトウによる食害が発生したほか、ポット栽培においては、植物栽培と土壌採取は行なったものの、培土に使用した赤玉土によるDNA吸着が発生し、安定した土壌DNAの精製ができず、今年度の実験は中止せざるを得なかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
マリーゴールドなどのアレロパシーを有する有用植物栽培土壌の生物相解析を継続する。栽培実験は春季から夏季に実施され、ヘアリーベッチは栽培時期が他の植物とずれていることから、他のアレロパシー関連植物に変更する予定である。圃場でのバルク土壌生物の分析を進めてきたが、今年度は、バルク土壌に加えて、植物と土壌生物の接点である根圏での生物相解析に取り組む予定である。具体的には、根圏土壌調製法の確立、およびバーコード法の改良も兼ねた、根圏菌類の高精度分類を目指したITSバーコードの導入を進める。また、事前にDNA精製とPCRにより、DNAバーコード解析に適した人工培土を選定し、前年度、土壌DNA調製が困難で実験を中止したポット栽培実験を再開する。2023年度は、圃場とポット、いずれも成長段階に応じてバルク土壌と植物体を回収し、バルク土壌と根圏土壌の生物相の解析を試みる。もし可能であれば、土壌生物と植物との関係を分析するための、準無菌的な人工ポット栽培系の検討を新たに開始したい。
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Report
(1 results)
Research Products
(4 results)
