Molecular understanding of acid soil tolerance based on genome-wide association study.

• Project/Area Number: 24688009
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Partial Multi-year Fund
• Research Field: Plant nutrition/Soil science
• Research Institution: Gifu University
• Principal Investigator: Kobayashi Yuriko 岐阜大学, 応用生物科学部, 助教 (40610952)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥24,050,000 (Direct Cost: ¥18,500,000、Indirect Cost: ¥5,550,000); Fiscal Year 2015: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2014: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2013: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000); Fiscal Year 2012: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000)
• Keywords: アルミニウム耐性 / プロトン耐性 / 酸性土壌耐性 / ゲノムワイド関連解析 / 遺伝子多型 / ナチュラルバリエーション / シロイヌナズナ / AtALMT1 / Aluminum tolerance / GWAS / Natural variation / Arabidopsis / root growth / proton tolerance / Al tolerance / low pH tolerance / acid soil / natural variation / アルミニウムストレス / 酸ストレス / ＳＮＰ / ポリジーン系 / SNP

Outline of Final Research Achievements

In the acid soil of world arable land, mainly Aluminum and proton inhibit the crop growth of crop. In the present study, we conducted genome-wide association study (GWAS) for Al- and proton stress tolerance using approximately 200,000 SNPs among 200 Arabidopsis accessions. In the results, we detected over 100 gene regions which explain approximately 70% of variation in both Al- and proton-tolerance, and then we identified novel genes associated with the Al tolerance. In addition, we revealed that some polymorphisms in the promoter region of AtALMT1 gene are involved in the Al tolerance.

Research Products

• [Journal Article] Joint genetic and network analyses identify loci associated with root growth under NaCl stress in Arabidopsis thaliana., (2016)
  • Author(s): Yuriko Kobayashi, Lingaraj Sahoo, Hiroyuki Koyama et al.
  • Journal Title: Plant & Cell Environment Volume: 39 Issue: 4 Pages: 918-934
  • DOI: 10.1111/pce.12691
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] STOP2 Activates Transcription of Several Genes for Al- and Low pH-Tolerance that Are Regulated by STOP1 in Arabidopsis. (2014)
  • Author(s): Kobayashi Y, Ohyama Y, Kobayashi Y, Ito H, Iuchi S, Fujita M, Zhao CR, Tanveer T, Ganesan M, Kobayashi M, Koyama H.
  • Journal Title: Mol Plant. Volume: 7 Issue: 2 Pages: 311-322
  • DOI: 10.1093/mp/sst116
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characterization of the complex regulation of AtALMT1 expression in response to phytohormones and other inducers. (2013)
  • Author(s): Kobayashi, Y. Kobayashi, Y., Sugimoto, M., Lakshmanan, V., Iuchi, S., Kobayashi, M., Bais, H and Koyama, H.
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: 162 Issue: 2 Pages: 732-740
  • DOI: 10.1104/pp.113.218065
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characterization of AtSTOP1 orthologous genes in tobacco and other plant species. (2013)
  • Author(s): Ohyama, Y., Ito, H., Kobayashi, Y., Ikka, T., Morita, A., Kobayashi, M., Imaizumi, R., Aoki, T., Komatsu, K., Sakata, Y., Iuchi, S. & Koyama, H.
  • Journal Title: Plant Physiol. Volume: 162 Issue: 4 Pages: 1937-1946
  • DOI: 10.1104/pp.113.218958
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Overexpression of AtALMT1 in the Arabidopsis thaliana ecotype Columbia results in enhanced Al-activated malate excretion and beneficial bacterium recruitment. (2013)
  • Author(s): Kobayashi, Y., Lakshmanan, V., Kobayashi, Y., Asai, M., Iuchi, S., Kobayashi, M., Bais, H. P. & Koyama H.
  • Journal Title: Plant Signaling & Behavior Volume: 8 Issue: 9 Pages: e25565-e25565
  • DOI: 10.4161/psb.25565
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular and physiological analysis of Al3+ and H+ rhizotoxicities at moderately acidic conditions. (2013)
  • Author(s): Kobayashi, Y., Kobayashi, Y., Watanabe, T., Shaff J. E., Ohta, H., Kochian, L. V., Wagatsuma, T., Kinraide, T. B. & Koyama
  • Journal Title: Plant Physiol Volume: 163 Issue: 1 Pages: 180-92
  • DOI: 10.1104/pp.113.222893
  • Peer Reviewed
• [Presentation] A genome-wide association study of Aluminum tolerance in Arabidopsis thaliana (2015)
  • Author(s): Yuriko Kobayashi, Yuki Nakano, Kazutaka Kusunoki, Satoshi Iuchi, Yoshiharu Y. Yamamoto, Masatomo Kobayashi, Hiroyuki Koyama
  • Organizer: 9th International Symposium on Plant-Soil Interactions at Low pH
  • Place of Presentation: クロアチア ドゥブロヴニク
  • Year and Date: 2015-10-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] シロイヌナズナにおけるアルミニウム及び低pH耐性のゲノムワイド関連解析 (2014)
  • Author(s): 中野友貴, 大橋聖, 楠和隆, 時澤睦朋, 山本義治, 井内聖, 小林正智, 小山博之, 小林佑理子
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2014年度東京大会
  • Place of Presentation: 東京農工大学
  • Year and Date: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [Presentation] シロイヌナズナにおけるアルミニウムストレスによる根伸長阻害のナチュラルバリエーションの解析 (2014)
  • Author(s): 中野友貴, 大橋聖, 楠和隆, 時澤睦朋, 山本義治, 井内聖, 小林正智, 小山博之, 小林佑理子
  • Organizer: 第41回根研究集会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2014-09-06 – 2014-09-07
• [Presentation] STOP2はSTOP1転写因子制御下にあるAlと低pH耐性関連遺伝子の転写を活性化する (2014)
  • Author(s): 小林佑理子、大山慶直、小林安文、伊藤弘樹、井内聖、藤田美紀、趙成日、Tanveer Tazib, Ganesan Markkandan, 小林正智、小山博之
  • Organizer: 日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 富山大学
• [Presentation] 細胞膜表面をターゲットとしたシロイヌナズナのアルミニウムストレスの解析 (2014)
  • Author(s): 小林安文、小林佑理子、渡部敏裕、我妻忠雄、Kinraide Thomas B. 小山博之
  • Organizer: 日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 富山大学
• [Presentation] シロイヌナズナにおけるアルミニウム及び低pH耐性のゲノムワイド関連解析 (2014)
  • Author(s): 中野友貴、大橋聖、山中啓史、井内聖、小林正智、山本義治、小山博之、小林佑理子
  • Organizer: 日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 富山大学
• [Presentation] シロイヌナズナリンゴ酸トランスポーターALMT1遺伝子のアルミニウム応答の解析 (2014)
  • Author(s): 時澤睦朋、小林安文、斎藤竜典、小林佑理子、井内聖、小林正智、野元美佳、多田安臣、山本義治、小山博之
  • Organizer: 日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 富山大学
• [Presentation] シロイヌナズナのアルミニウム耐性のゲノムワイド関連解析 (2013)
  • Author(s): 山中啓史
  • Organizer: 日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 岡山大学
  • Year and Date: 2013-03-20
• [Presentation] シロイヌナズナ野生株集団を用いたゲノムワイド関連解析による環境ストレス耐性機構の理解 (2013)
  • Author(s): 小林佑理子
  • Organizer: 日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 岡山大学(招待講演)
  • Year and Date: 2013-03-20
• [Presentation] STOP1遺伝子発現抑制タバコ組換え体の解析 (2013)
  • Author(s): 伊藤弘樹、大山慶直、小林佑理子、小林正智、井内聖、小山博之
  • Organizer: 日本土壌肥料学会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] シロイヌナズナリンゴ酸トランスポーターAtALMT1遺伝子の各種シグナル分子に対する発現解析 (2013)
  • Author(s): 小林安文、小林佑理子、杉本美貴、Lakshmanan V, 井内聖、小林正智、 Bais HP, 小山博之
  • Organizer: 日本土壌肥料学会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] Genome wide association study for salt tolerance in Arabidopsis (2013)
  • Author(s): Ayan Sadhukhan, Yuriko Kobayashi, Alex Lipka, Michael Gore, Owen Hoekenga, Satoshi Iuchi, Masatomo Kobayashi, Hiroyuki Koyama
  • Organizer: 日本土壌肥料学会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] アルミニウム応答性リンゴ酸トランスポーターALMT1遺伝子の転写制御機構の解析 (2013)
  • Author(s): 時澤睦朋、小林安文、小林佑理子、山本義治、小山博之
  • Organizer: 日本土壌肥料学会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] シロイヌナズナアルミ耐性のナチュラルバリエーション (2013)
  • Author(s): 大橋聖、中野友貴、小林佑理子、山本義治、井内聖、小林正智、小山博之
  • Organizer: 日本土壌肥料学会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] ゲノムワイド関連解析によるミネラルストレス耐性の理解 (2012)
  • Author(s): 小林佑理子
  • Organizer: 中部土壌肥料研究会例会
  • Place of Presentation: じゅうろくプラザ(岐阜県)(招待講演)
  • Year and Date: 2012-11-08
• [Presentation] シロイヌナズナにおけるアルミニウム耐性のゲノムワイド関連解析 (2012)
  • Author(s): 山中啓史
  • Organizer: 日本土壌肥料学会
  • Place of Presentation: 鳥取大学
  • Year and Date: 2012-09-04
• [Presentation] ゲノムワイド関連解析から見るミネラルストレス耐性の多様性 (2012)
  • Author(s): 小林佑理子
  • Organizer: 日本土壌肥料学会
  • Place of Presentation: 鳥取大学(招待講演)
  • Year and Date: 2012-09-04