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2016 Fiscal Year Annual Research Report

アルミニウム集積木本植物におけるアルミニウム集積機構および耐性機構の新たな展開

Research Project

Project/Area Number 15H04465
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

渡部 敏裕  北海道大学, 農学研究院, 准教授 (60360939)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 和崎 淳  広島大学, 生物圏科学研究科, 教授 (00374728)
平舘 俊太郎  国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農業環境変動研究センター, 主席研究員 (60354099)
Project Period (FY) 2015-04-01 – 2018-03-31
Keywordsアルミニウム耐性 / アルミニウム集積植物 / 酸性土壌
Outline of Annual Research Achievements

【研究1】アルミニウム処理がアルミニウム集積木本植物体内の物質動態と遺伝子発現に与える影響を明らかにする
①アルミニウム(Al)処理による遺伝子発現変動をde novo RNA-seqによるトランスクリプトーム解析により概括的に調べた。根では陽イオンの膜輸送に関わることが予想される遺伝子が幾つかAlにより誘導されることが示され、これらにAlイオンの吸収・輸送に関わる遺伝子が含まれることが期待された。また、STOP1様遺伝子の発現もAlにより誘導された。一方、葉ではAl-クエン酸複合体を膜輸送することが推定される遺伝子の誘導が見られた。高親和性の硫酸イオントランスポーターの誘導もみられたが、これはAl集積時のカウンターイオンとして硫酸イオンを利用していることを示唆する。
② アポプラストおよびシンプラストにおけるイオノーム/メタボローム解析:メラストーマを対象植物としてアポプラスト、シンプラストの分画を試みているが現段階で良好な結果は得られていない。
【研究2】Al集積木本植物のAl吸収・輸送能力の源を明らかにする
① Al処理を行ったメラストーマのxylem sapを採取し、それに含まれる主要な陽イオン、陰イオン、有機酸を分析した。+Al処理時の組成を元に作成した擬似xylem sapに、Alをxylem sapで通常形成されるAl-クエン酸の形態で加えたものと、Al-リンゴ酸の形態で加えたものを作成した。これらの擬似xylem sapをメラストーマの地下部を切除した個体の切断面から吸収させ、葉におけるAlの動態を調べた。その結果、Al-クエン酸の形態で吸収させた場合は速やかに葉でAl-シュウ酸キレートの形成が見られたが、Al-リンゴ酸の形態で吸収させた場合はAl-シュウ酸キレートは形成されず、葉に障害が見られた。この障害は解離により生成した無機単量体Alによると考えられた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

アポプラストとシンプラストのイオノーム/メタボローム解析については良好な結果がまだ得られていない。一方、トランスクリプトーム解析および擬似xylem sapを用いた実験は順調に進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

【研究1】停滞しているGC-MSによるメタボローム解析を進め、イオノーム解析の結果とトランスクリプトーム解析の結果を合わせた統合的オーム解析により、Al存在下でメラストーマの体内ではどのような変化が起きているのかを包括的に解析する。また、Alにより誘導される遺伝子のうち、Al輸送に関わることが予想されるものや機能未知のものについて解析を進める。【研究2】トランスクリプトーム解析の結果を踏まえ、Al-クエン酸により特異的に誘導される遺伝子について調査を進める。

  • Research Products

    (19 results)

All 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] ウルム大学(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      ウルム大学
  • [Journal Article] LjMOT1, a high-affinity molybdate transporter from Lotus japonicus , is essential for molybdate uptake, but not for the delivery to nodules2017

    • Author(s)
      Guilan Duan, Tsuneo Hakoyama, Takehiro Kamiya, Hiroki Miwa, Fabien Lombardo, Shusei Sato, Satoshi Tabata, Zheng Chen, Toshihiro Watanabe, Takuro Shinano, Toru Fujiwara
    • Journal Title

      The Plant Journal

      Volume: (印刷中) Pages: -

    • DOI

      10.1111/tpj.13532

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Contribution of constitutive characteristics of lipids and phenolics in roots of tree species in Myrtales to aluminum tolerance2017

    • Author(s)
      Eriko Maejima, Mitsuru Osaki, Tadao Wagatsuma, Toshihiro Watanabe
    • Journal Title

      Physiologia Plantarum

      Volume: (印刷中) Pages: -

    • DOI

      10.1111/ppl.12527

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Landrace of Japonica rice, Akamai exhibits enhanced root growth and efficient leaf phosphorus remobilization in response to limited phosphorus availability2017

    • Author(s)
      D. M. S. B. Dissanayaka, Hayato Maruyama, Sho Nishida, Keitaro Tawaraya, Jun Wasaki
    • Journal Title

      Plant and Soil

      Volume: (印刷中) Pages: -

    • DOI

      10.1007/s11104-016-3129-1

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Phosphorus-mobilization strategy based on carboxylate exudation in lupins (Lupinus, Fabaceae): a mechanism facilitating the growth and phosphorus acquisition of neighboring plants under phosphorus-limited conditions2017

    • Author(s)
      D. M. S. B. Dissanayaka, W.M.K.R. Wickramasinghe, Buddhi Marambe, Jun Wasaki
    • Journal Title

      Experimental Agriculture

      Volume: 53 Pages: 308-319

    • DOI

      10.1017/S0014479716000351

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Differential Responses of Soybean and Sorghum Growth, Nitrogen Uptake, and Microbial Metabolism in the Rhizosphere to Cattle Manure Application: A Rhizobox Study2016

    • Author(s)
      Qingnan Chu, Zhimin Sha, Takuji Nakamura, Norikuni Oka, Mitsuru Osaki, Toshihiro Watanabe
    • Journal Title

      Journal of Agricultural and Food Chemistry

      Volume: 64 Pages: 8084-8094

    • DOI

      10.1021/acs.jafc.6b03046

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] The effects of aluminium on plant growth in a temperate and deciduous aluminium accumulating species2016

    • Author(s)
      Marco Schmitt, Toshihiro Watanabe, Steven Jansen
    • Journal Title

      AoB PLANTS

      Volume: 8 Pages: plw065

    • DOI

      10.1093/aobpla/plw065

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] The Ionomic Study of Vegetable Crops2016

    • Author(s)
      Toshihiro Watanabe, Eriko Maejima, Tomoko Yoshimura, Masaru Urayama, Aiko Yamauchi, Madako Owadano, Ryosuke Okada, Mitsuru Osaki, Yoshinori Kanayama, Takuro Shinano
    • Journal Title

      PLoS ONE

      Volume: 11 Pages: e0160273

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0160273

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] The dynamic state of the ionome in roots, nodules, and shoots of soybean under different nitrogen status and at different growth stages2016

    • Author(s)
      Qingnan Chu, Toshihiro Watanabe, Takuro Shinano, Takuji Nakamura, Norikuni Oka, Mitsuru Osaki, Zhimin Sha
    • Journal Title

      Journal of Plant Nutrition and Soil Science

      Volume: 179 Pages: 488-498

    • DOI

      10.1002/jpln.201600059

  • [Presentation] Eco-physiological characteristics and taxonomic status of an endangered cyperaceous plant growing in highly acidic solfatara fields2017

    • Author(s)
      Yamamoto A, Funatsu Y, Wasaki J, Nakatsubo T
    • Organizer
      第64回 日本生態学会大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学(東京都・新宿区)
    • Year and Date
      2017-03-14 – 2017-03-18
  • [Presentation] 低リン土壌に生育するヤマモガシが周辺植物のミネラル吸収に及ぼす影響2016

    • Author(s)
      岡村惟史, 渡部敏裕, 坪田博美, 和崎淳
    • Organizer
      日本土壌肥料学会佐賀大会
    • Place of Presentation
      佐賀大学(佐賀県・佐賀市)
    • Year and Date
      2016-09-20 – 2016-09-22
  • [Presentation] Effect of cattle farmyard manure application on heavy metals dynamics in soil and soybean plant2016

    • Author(s)
      Qingnan Chu, 渡部敏裕, 中村卓司, 岡紀邦, 大崎満
    • Organizer
      日本土壌肥料学会佐賀大会
    • Place of Presentation
      佐賀大学(佐賀県・佐賀市)
    • Year and Date
      2016-09-20 – 2016-09-22
  • [Presentation] 低温条件下で栽培したMelastoma malabathricum の生育に対するアルミニウムの効果2016

    • Author(s)
      前島恵理子, 合田健登, 大崎満, 渡部敏裕
    • Organizer
      日本土壌肥料学会佐賀大会
    • Place of Presentation
      佐賀大学(佐賀県・佐賀市)
    • Year and Date
      2016-09-20 – 2016-09-22
  • [Presentation] ストレス条件下でのテンサイの生育に対するナトリウムの効果2016

    • Author(s)
      南波佐間幹人, 前島恵理子, 松本卓也, 土谷修平, 大崎満, 渡部敏裕
    • Organizer
      日本土壌肥料学会佐賀大会
    • Place of Presentation
      佐賀大学(佐賀県・佐賀市)
    • Year and Date
      2016-09-20 – 2016-09-22
  • [Presentation] 強酸性土壌に生育する植物とアルミニウムの関係2016

    • Author(s)
      渡部敏裕, 前島恵理子
    • Organizer
      日本土壌肥料学会佐賀大会
    • Place of Presentation
      佐賀大学(佐賀県・佐賀市)
    • Year and Date
      2016-09-20 – 2016-09-22
    • Invited
  • [Presentation] 低リン土壌でクラスター根を形成する木本植物が周辺植物のミネラル吸収に与える影響2016

    • Author(s)
      岡村惟史, 渡部敏裕, 坪田博美, 和崎淳
    • Organizer
      第2回 植物の栄養研究会
    • Place of Presentation
      名古屋大学(愛知県・名古屋市)
    • Year and Date
      2016-09-02 – 2016-09-03
  • [Presentation] Ionomic variation in leaves of 826 plant species growing in the botanical garden of Hokkaido University, Japan2016

    • Author(s)
      Watanabe T, Maejima E, Osaki M, Azuma T
    • Organizer
      Plant Biology Europe EPSO/FESPB 2016 Congress
    • Place of Presentation
      Clarion Congress Hotel Prague(プラハ・チェコ)
    • Year and Date
      2016-06-26 – 2016-06-30
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Characteristics of phenolics in root cells of Al-tolerant woody plants2016

    • Author(s)
      Maejima E, Hiradate S, Osaki M, Wagatsuma T, Watanabe T
    • Organizer
      Plant Biology Europe EPSO/FESPB 2016 Congress
    • Place of Presentation
      Clarion Congress Hotel Prague(プラハ・チェコ)
    • Year and Date
      2016-06-26 – 2016-06-30
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] T. Watanabe

    • URL

      http://www.geocities.jp/watanabe1209/index.htm

URL: 

Published: 2018-01-16  

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