Adaptation of plants to nutrient deficiencies through the establishment of a plant-microbe holobiont

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project Area: Co-creation of plant adaptive traits via assembly of plant-microbe holobiont
• Project/Area Number: 21H05150
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (III)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Hiruma Kei 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (20714504)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大森 良弘 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (20398390) ; 田畑 亮 名古屋大学, 生命農学研究科, 特任講師 (30712294)
• Project Period (FY): 2021-08-23 – 2024-03-31
• Keywords: 植物超個体 / 根圏内生糸状菌 / 植物成長促進 / 窒素欠乏 / フィールド / シロイヌナズナ / 根圏細菌 / トリプトファン由来の二次代謝物

Outline of Final Research Achievements

This study investigates the mechanisms by which the root endophyte Colletotrichum tofieldiae (Ct) promotes plant growth under nitrogen-limiting conditions across various fields. We demonstrate that Ct enhances host fitness under these conditions by transferring nitrogen to the host via hyphae and inducing host nitrate uptake pathways during root colonization, which leads to significant plant growth promotion, including increased seed production. Furthermore, we show that Ct recruits beneficial bacteria to the roots and promotes plant growth in conjunction with one of the tested bacteria attracted by Ct. These findings suggest that the robust plant growth promotion observed in the field may be attributed to the multifaceted beneficial activities mediated by Ct.

Free Research Field

植物微生物相互作用

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

環境が変動し周囲の微生物集団が存在する圃場環境で植物の成長を安定的に促す微生物を同定しそのメカニズムを解明し活用することは環境に負荷をかけない農業を達成するためには重要である。本研究においては、植物の成長を複数のメカニズムを駆使して複数の異なる圃場環境で促す共生糸状菌を発見した。また、本研究は特定の有用微生物だけでなくそれに誘引されるパートナー微生物を併せて活用することで植物の成長をさらに増強させられることを示唆しており、これまでの植物と微生物の1対1相互作用を超えた３者関係を分子遺伝学的に紐解く新たな学問領域の創出にもつながる成果となる。