イネのシンク生成能の遺伝的変異がＣＯ２応答性に及ぼす影響の解明とそのモデル化

• Project Area: Comprehensive studies of plant responses to high CO2 world by an innovative consortium of ecologists and molecular biologists
• Project/Area Number: 24114711
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: National Institute for Agro-Environmental Sciences
• Principal Investigator: 酒井 英光 独立行政法人農業環境技術研究所, 大気環境研究領域, 主任研究員 (00354051)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥21,190,000 (Direct Cost: ¥16,300,000、Indirect Cost: ¥4,890,000); Fiscal Year 2013: ¥10,660,000 (Direct Cost: ¥8,200,000、Indirect Cost: ¥2,460,000); Fiscal Year 2012: ¥10,530,000 (Direct Cost: ¥8,100,000、Indirect Cost: ¥2,430,000)
• Keywords: イネ / 開放系大気CO2増加 / シンク生成 / 遺伝的変異 / 収量 / 遺伝的変化

Research Abstract

今後も予想される大気CO2濃度の上昇は光合成を促進し、作物の収量や品質にも影響を及ぼすが、どのような遺伝的形質がCO2応答性に関与しているかについては明らかではない。本研究では、CO2応答性の遺伝的変異のメカニズムに関与する形質として考えられるシンク生成能に焦点を当て、FACE（開放系大気CO2増加）実験施設で高CO2処理（外気＋200ppm）を行い、イネのシンク生成能の遺伝的変異がCO2応答性に与える影響を調査した。
FACE実験の結果より、高CO2による増収率と最も相関の高い形質は、シンク・キャパシティー(籾数×籾1粒重)の増加率であることが分かった。現在のCO2濃度条件において高いシンク・キャパシティー生成能を示す染色体断片置換系統(CSSL)は、高CO2による増加率が必ずしも高くはなく、その結果CO2応答性も高くはなかった。この結果は、シンク生成能がCO2応答性と直接結びついているものではないことを示唆している。
FACE実験に供試された品種・系統の中で高いCO2応答性を示したのは、タカナリであった。タカナリは高CO2によるシンク・キャパシティーの増加率が高いだけでなく、シンクの生成に必要となる光合成産物供給(ソース)能力の増加率も高まっていた。高CO2によるタカナリのソース能の増加の要因を調査した結果、高CO2条件において気孔コンダクタンスおよび葉窒素濃度の低下が無いか僅かであることに由来することが分かった。
高CO2応答性を示したタカナリの気孔コンダクタンスと葉身への窒素分配に関するパラメータを推定し、イネ生育予測モデルに導入して、それらがCO2応答性に及ぼす影響を推定した。その結果、モデルにより推定されたCO2応答性は約10%の過少評価となった。この結果より、これら以外にもシンク生成効率など他の形質も高いCO2応答性に寄与していることが示唆された。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Do the rich always become richer? Characterizing the leaf physiological response of the high-yielding rice cultivar Takanari to free-air CO2 enrichment (2014)
  • Author(s): Charles P. Chen, Hidemitsu Sakai, Takeshi Tokida, Yasuhiro Usui, Hirofumi Nakamura, Toshihiro Hasegawa
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 55 Issue: 2 Pages: 381-391
  • DOI: 10.1093/pcp/pcu009
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The effects of free-air CO2 enrichment (FACE) on carbon and nitrogen accumulation in grains of rice (Oryza sativa L.) (2013)
  • Author(s): Guoyou Zhang, Hidemitsu Sakai, Takeshi Tokida, Yasuhiro Usui, Chunwu Zhu, Hirofumi Nakamura, Mayumi Yoshimoto, Minehiko Fukuoka, Kazuhiko Kobayashi, Toshihiro Hasegawa
  • Journal Title: Journal of Experimental Botany Volume: 64 Issue: 11 Pages: 3179-3188
  • DOI: 10.1093/jxb/ert154
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] FACE実験による水田生態系の気候変動応答研究 (2013)
  • Author(s): 臼井靖浩, 常田岳志, 酒井英光, 林健太郎, 長谷川利拡
  • Journal Title: 化学と生物 Volume: 51 Pages: 628-633
  • NAID: 10031195851
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rice cultivar responses to elevated CO2 at two free-air CO2 enrichment (FACE) sites in Japan. (2013)
  • Author(s): Hasegawa, T.
  • Journal Title: FUNCTIONAL PLANT BIOLOGY Volume: 40 Pages: 148-159
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 開放系大気CO2増加(FACE)実験による作物の高CO2応答の解明 (2012)
  • Author(s): 酒井英光
  • Journal Title: 植物の生長調節 Volume: 47 Pages: 10-16
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 水田生態系の高CO2応答～イネ-土壌系の炭素・窒素フローとメタン発生に着目して～ (2014)
  • Author(s): 常田岳志, 酒井英光, 林健太郎, 臼井靖浩, 中村浩史, 長谷川利拡
  • Organizer: 日本生態学会第61回全国大会
  • Place of Presentation: 広島国際会議場
• [Presentation] The effects of elevated [CO2] on canopy temprature of rice cultivars differing in heat tolerance and their relevance with grain appearance quality (2014)
  • Author(s): Yasuhiro USUI, Hidemitsu SAKAI, Mayumi YOSHIMOTO, Takeshi TOKIDA, Hirofumi NAKAMURA, Hiroshi NAKAGAWA, Toshihiro HASEGAWA
  • Organizer: International Symposium on Agricultural Meteorology 2014
  • Place of Presentation: 北海道大学
• [Presentation] Photosynthetic response of Takanari and Koshihikari rice cultivars undeer Free-Air CO2 Enrichment. (2013)
  • Author(s): Chen C.
  • Organizer: International Symposium on Agricultural Meteorology 2013
  • Place of Presentation: 石川県立大学
  • Year and Date: 2013-03-26
• [Presentation] Rice FACE studies for improving assessment of climate change effects on rice agriculture (2013)
  • Author(s): Toshihiro Hasegawa, Hidemitsu Sakai, Takeshi Tokida, Yasuhiro Usui, Kentaro Hayashi, Mayumi Yoshimoro, Minehiko Fukuoka
  • Organizer: ASA・CSSA・SSSA 2013 International Annual Meetings
  • Place of Presentation: Tampa, Florida, USA
• [Presentation] Response of rice productivity to free-air CO2 enrichment: genotypic variability and scope for improvement (2013)
  • Author(s): Toshihiro Hasegawa, Charles P. Chen, Hidemitsu Sakai, Yasuhiro Usui, Takeshi Tokida
  • Organizer: The 16th International Congress on Photosyntheses Research
  • Place of Presentation: St. Louis, MO, USA
• [Presentation] つくばみらいFACE実験によるイネの高CO2応答の検証 (2012)
  • Author(s): 長谷川利拡
  • Organizer: 第3回日本光合成学会大会
  • Place of Presentation: 東京工業大学
  • Year and Date: 2012-06-01
• [Remarks] つくばみらいFACE(Free-Air CO2 Enrichment)実験施設
  • URL: http://www.niaes.affrc.go.jp/outline/face/
• [Remarks] つくばみらいFACE(Free-Air CO2 Enrichment)実験施設
  • URL: http://www.niaes.affrc.go.jp/outline/face/