2017 Fiscal Year Annual Research Report
Responses of gene expressions in rice plants to micro-meteorological conditions; their physiological role in absorption of water and nutrients from roots
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17H03896
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| Research Institution | National Agriculture and Food Research Organization |
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Principal Investigator |
桑形 恒男 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, ユニット長 (90195602)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊川 浩樹 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, 研究員 (10754393)
近藤 始彦 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (00355538)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | アクアポリン / イネ / 群落微気象 / 蒸散 / 植物生理 / トランスクリプトーム / 農業生産環境 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1) イネ遺伝子発現解析のための基盤データの整備
これまでの野外実験などで取得されたイネサンプル（根と葉）を対象に、RNA-Seq法により全遺伝子の発現量(トランスクリプトーム)と、C/N（炭素/窒素）などの無機成分を分析した。また野外実験における群落微気象環境を、一般気象データと生育・管理情報に基づき、イネ群落微気象モデルを用いて算定した。
新規の実験データ取得を目的として、タカナリとコシヒカリを対象に水田群落での遺伝子発現の微気象応答実験を実施した。FACE（開放系大気CO2増加）実験において、両品種に対する群落の微気象環境と光合成、気孔コンダクタンスを計測し、遺伝子発現解析ならびにC/N分析などのためのサンプルを取得した。また土壌水分や酸化還元電位の変化が、水や養分の輸送を担う遺伝子発現の応答を通してイネの生育動態におよぼす影響を調べるために、形質が異なる2つのイネ品種を、湛水状態と土壌水分を抑制した状態で栽培し、蒸散量や光合成の変化を調べると共に、遺伝子発現ならび無機成分分析のためのサンプルを取得した。
(2) 微気象環境に対する遺伝子発現応答とその生理的役割の解明
これまでの研究で取得した野外における水耕ポット栽培イネのトランスクリプトームデータを用いて、水や養分の輸送を担う各種遺伝子群（アクアポリン、窒素や主な無機養分の輸送に関わる遺伝子）のmRNA発現量の日々の微気象環境に対する応答を、根と葉の両者で定式化した。これまでの解析結果に基づき、微気象環境としては当日朝の蒸散要求量と過去24時間の根域温度または気温の両者を使用し、mRNA発現量との関係を非線形の実験式で表した。解析対象の遺伝子と共発現している他の遺伝子群を全遺伝子の中から抽出し、水や養分の輸送の支配する遺伝子群の微気象環境に対する応答ネットワークの構造を解析した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究代表者、研究分担者ならびに連携研究者（研究協力者）が手分けをして、以下のサブ課題に取り組んだ。各サブ課題とも、年度初めに予定していた内容をほぼ実施することができ、おおむね順調に進展しているものとの判断される。
初年度に実施したサブ課題のタイトル：
(1) イネ遺伝子発現解析のための基盤データの整備（ 1) 既存の実験データの整備、2) 新規実験データの取得）
(2) 微気象環境に対する遺伝子発現応答とその生理的役割の解明（ 3) 微気象環境に対する遺伝子発現応答の数理解析）
新学術領域研究『学術研究支援基盤形成』の「先進ゲノム支援」において、遺伝子の情報解析に関する支援を受けることができた。この支援プログラムの成果を踏まえて、本研究課題が最新のゲノム科学に基づく新たな研究テーマへと発展する可能性も期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) イネ遺伝子発現解析のための基盤データの整備
ａ．水田群落での微気象応答実験: 初年度に引き続き、形質が異なる2つのイネ品種を対象に、水田群落での遺伝子発現の微気象応答実験を実施する。気象条件が異なる複数日を対象に、各品種に対する群落の微気象環境と、光合成や気孔コンダクタンスを計測する。生育調査ならびに、遺伝子発現解析、C/N分析なども実施する。ｂ. 土壌水分に対する応答実験: 初年度に引き続き、土壌水分や酸化還元電位の変化が、水や養分の輸送を担う遺伝子発現の応答を通してイネの生育動態におよぼす影響を調べる。形質が異なる2つのイネ品種を湛水状態と土壌水分を抑制した状態で栽培し、蒸散量や光合成、遺伝子発現の変化を調べ、C/Nなどの無機成分への影響を把握する。
(2) 微気象環境に対する遺伝子発現応答とその生理的役割の解明
初年度に整理した水田群落の実験データより、水や養分の輸送を担う各遺伝子の発現量の日々の微気象環境に対する応答を定式化する。水耕ポット栽培イネの結果（初年度）との比較に基づき、対象遺伝子の蒸散要求量と気温や根域温度に対する発現応答を、根と葉の両者で定式化する。生育ステージと水耕/土耕の違いの影響ならび、ジャポニカ品種とインディカ品種の応答性の違いについて考察する。短/長期の湿度変化や土壌水分が遺伝子発現におよぼす影響についても、(1)で整備したデータを用いて解析する。
(1)で整備したデータを用いて、微気象環境の変化が蒸散量や光合成、養分輸送などのイネ生育動態に与える影響を解析する。養分輸送はイネの成分分析データから把握する。ジャポニカ品種とインディカ品種の応答性の違いについても評価する。上記で得られた微気象環境に対する遺伝子発現応答の結果と比較検討し、イネの水や養分輸送を担う各種遺伝子群の微気象環境に対する発現応答の生理的な役割を解明する。
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[Journal Article] Increasing canopy photosynthesis in rice can be achieved without a large increase in water use-a model based on free-air CO2 enrichment2018
Author(s)
Ikawa, H., Chen, C.P., Sikma, M., Yoshimoto, M., Sakai, H., Tokida, T., Usui, Y., Nakamura, H., Ono, K., Maruyama, M., Watanabe, T., Kuwagata, T., and Hasegawa, T.
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Journal Title
Global Change Biology
Volume: 24
Pages: 1321-1341
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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