2016 Fiscal Year Annual Research Report
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15H02469
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
中西 友子 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任教授 (30124275)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
二瓶 直登 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (50504065)
岩田 錬 東北大学, サイクロトロン・ラジオアイソトープセンター, 名誉教授 (60143038)
山岸 順子 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (60191219)
杉田 亮平 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任研究員 (60724747) [Withdrawn]
大前 芳美 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任研究員 (80726042)
廣瀬 農 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任講師 (90708372)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | β線放出核種 / γ線放出核種 / アイソトープ / リアルタイムイメージング / 養分元素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の大きな目的は、作物の品質を保つためにはどの養分元素がどのくらい必要か、また可食部を含めどの組織にどのように元素が移行し蓄積されていくかを調べ、実際の農業へ貢献することにある。その方法として、まだほとんど開発されていない、放射性同位元素（RI）を駆使した植物における元素動態についてのリアルタイムイメージング技術を開発し解析を行うことに特徴がある。光照射下のイメージングにはRI利用が最も適しているからである。
平成28年度では、28Mg, 42Kならびに14CO2を含む多くのRIを用い、植物におけるこれらの元素のリアルタイムにおける吸収・蓄積動態についてのリアルタイムイメージングの検討を行った。その結果、元素により、吸収動態に大きな差異があることを見出した。シロイヌナズナでは、根から吸収された22Na, 32P, 45Ca, 137Csは速やかに植物の隅々まで輸送され、24時間後には植物地上部に均一に蓄積したものの、28Mg, 45Ca, 54Mnでは、24時間後でも花茎の基部側に留まり、花茎先端にはほとんど輸送されなかった。一方、65Zn、109Cdでは、茎生葉や莢に局所的に蓄積した。次に、葉面吸収についての検討を行ってみたところ、45Caや 59Feは32Pや35Sとは異なり、葉から下方への移動、つまり葉から根への移動はほとんど見られず、葉面に留まることが分かった。42Kについては、葉からの供給と根からの供給で吸収動態が大きく異なることが示された。根の蓄積部位をより詳細に解析するため、上記のRIイメージング法に加え、顕微鏡RIイメージング法を併用して解析を行ったところ、根先端に蓄積した14C, 32P, 35Sは、特に根の分裂域に蓄積することが示された。各肥料元素についてのこれらの結果は、これからの施肥法における応用面が期待されるものである。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
昨年は、各元素の根からの吸収についてのRIイメージングを行ってでたが、本年度ではイメージング技術の高度化を図ったことにより、葉から根に降りてくる元素動態のイメージングが初めて可能となった。葉からの元素吸収は、特に、肥料や農薬を空中散布する大規模農業において重要となる知見の基盤である。例えば、リンは作物の生育に欠かせない肥料のひとつであるものの、リンを土壌に散布した場合には、リンは土壌に非常に強く吸着されるため、植物に吸収されにくい。そのためリンは多量に投与されがちであり、余剰なリンは環境の富栄養化をもたらすだけでなく、様々な環境負荷を増大させ、また、リン資源の枯渇問題にもかかわってくる。土壌からの施肥と比較すると、葉からの養分吸収は速やかであるため、養分欠乏時では葉面吸収が効果的である。このように、葉面散布は重要な施肥技術であるにも関わらずあまり研究は進んでいない。そのため、昨年度の研究では、当初は葉面吸収法の開発については予想していなかったものの、得られた結果から、本イメージング技術が葉面散布のより効果的な手法開発に資する強力なツールであることが示された。さらには、同じ元素であっても、根から吸収した場合と葉から根に降りてくる場合では、吸収動態ならびに蓄積の様子が異なることが明らかになってきた。これらのイメージング画像の解析から、より効果的な葉面施肥法についてのデータを提供することができると期待される。なお、これらの多くの核種のイメージング結果についてはPlant and Cell Biologyに掲載、さらには表紙の画像としても採用された。
さらに、ミクロレベルのイメージングを目指した顕微鏡RIイメージング法をも開発しており、根全体から根端の微細領域まで動く、元素動態の一連の流れを可視化させることに成功したことも計画以上の研究進捗である。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初開発した28Mgや42Kの調製は、既に定期的に行うことが可能となってきており、他の市販の核種と合わせて、昨年までと同様、様々な核種を用いた、植物体内の元素動態と蓄積についてイメージング解析を続けていく予定である。また、昨年から開始した葉面吸収による元素の葉から根への下方向の輸送動態については、引き続きRIイメージングシステムを用いて解析を進めるが、来年度は特に、ガスである14CO2の固定動態をターゲットとしたイメージング装置の充実を図る。この14CO2ガスの固定のイメージングシステム開発はマクロシステムならびにミクロシステムについて進める。予備実験で行っている14CO2ガスのイメージング結果から、14CO2ガスが光合成により固定されると、植物中の14C光合成産物は、即、根の先端部へと移行し、根の伸長に深くかかわることが示されてきているが、まず、この光合成産物の移行動態についてさらに詳細な解析を行う。また、光合成は植物の基本活動であることから、イネなど大型植物のイメージングも可能な大画面イメージングが可能なシステムの開発も行う。その後、これらの元素動態と光合成産物動態とを合わせた総合的な元素動態解析を行い、施肥法についての検討を行っていきたい。ミクロレベルの可視化については、より詳細な根における元素動態を解析するため、顕微鏡RIイメージングの高度化を進める。具体的には、14CO2ガスを供給しながら顕微鏡下でRIイメージングが行えるよう、まず、生きたままの植物試料を扱うことができるミクロレベルのイメージング装置を開発する。次に、ミクロのイメージングにおける14CO2を供給する設備ならびにそのガス濃度制御を可能とする、RI顕微鏡イメージング環境の構築を目指す。
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Research Products
(16 results)
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[Journal Article] Performance And Limitations Of Phosphate Quantification: Guidelines For Plant Biologists2016
Author(s)
Kanno, S.; Cuyas, L.; Javot, H.; Bligny, R.; Gout, E.; Dartevelle, T.; Hanchi, M.; Nakanishi, T. M.; Thibaud, M.; Nussaume, L
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Journal Title
Plant and Cell Physiology
Volume: 57
Pages: 690-706
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] A chemical genetic strategy identify the PHOSTIN, a synthetic molecule that triggers phosphate starvation responses in Arabidopsis thaliana2016
Author(s)
Bonnot, C.; Pinson, B.; Cl_ement, M.; Bernillon, S.; Chiarenza, S.; Kannno, S.; Kobayashi, N. I.; Delannoy, E.; Nakanishi, T. M.; Nussaume, L. and Desnos, T.
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Journal Title
New Phytologist
Volume: 209
Pages: 161-176
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] A novel role for the root cap in phosphate uptake and homeostasis2016
Author(s)
Kanno, S.; Arrighi, J-F.; Chiarenza, S.; Bayle, V.; Berthome, R.; Peret, B.; Javot, H.; Delannoy, E.; Marin, E.; Nakanishi, T.M.; Thibaud, M-C.; Nussaume, L.
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Journal Title
eLife
Volume: 5
Pages: e14577
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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