2017 Fiscal Year Research-status Report
最古の菌根共生「ケカビ亜門共生系」はシダ植物にも存在するか？
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17K07536
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| Research Institution | Saga University |
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Principal Investigator |
辻田 有紀 佐賀大学, 農学部, 准教授 (80522523)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
海老原 淳 独立行政法人国立科学博物館, 植物研究部, 研究主幹 (20435738)
藤浪 理恵子 京都教育大学, 教育学部, 講師 (40580725)
今市 涼子 日本女子大学, 理学部, 研究員 (60112752)
山本 航平 栃木県立博物館, 学芸部自然課, 学芸嘱託員 (60806248)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 菌根共生 / シダ植物 / ケカビ亜門 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物は陸上化とともに菌根菌と共生関係を営んできたと考えられており、グロムス門の菌類と共生するアーバスキュラー菌根共生系はコケ植物や化石植物から見つかっていることから、現生の菌根共生系の中で最も祖先的であると考えられてきた。しかし近年、現生の陸上植物の中で最も基部に位置するコケ植物や化石植物から、接合菌類のケカビ亜門との共生が発見され、ケカビ亜門との共生が最古の菌根共生系ではないかと考えられるようになった。その後、シダ植物からもケカビ亜門の存在が確認され、本共生系が陸上植物に広く存在する可能性が示唆されているが、情報は未だ断片的である。本研究では、形態・DNA分析と共生培養系を駆使してシダ植物とケカビ亜門との共生系を解明し、陸上植物におけるケカビ亜門共生系の普遍性を探索する。
これまで、シダ植物の様々な系統において野生の配偶体を調査し、複数の系統で配偶体がアーバスキュラー共生を営んでいることを明らかにしてきたが、これらの研究時に、シダ配偶体よりケカビ亜門の配列を検出した。そこで本研究では、予備的研究においてケカビ亜門を検出したリュウビンタイとゼンマイの配偶体について、より詳細にケカビ亜門との共生を精査した。これまでの配偶体DNAコレクションに加え、リュウビンタイでは沖縄県より、ゼンマイでは茨城県、東京都、三重県、佐賀県より新たに配偶体を採集し、ケカビ亜門に特異的なプライマーで分子同定を試みたところ、リュウビンタイでは24個体中7個体より、ゼンマイでは107個体中46個体よりケカビ亜門の配列を検出することに成功した。特にゼンマイでは４割を超える高い確率で検出していることから、これらの種がケカビ亜門と共生関係を持つ可能性は非常に高い。採集した配偶体より、ケカビ亜門の菌糸を単離する培養試験を行ったが、成功には至らず、培養条件の検討が必要であると考えられた。
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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
目的としていたリュウビンタイとゼンマイの配偶体におけるケカビ亜門の探索は、当初の予定よりも多くの供試サンプルを収集することができた上、これらよりケカビ亜門の配列を数多く検出し、シダ植物とケカビ亜門が共生関係にあることを強く支持するデータが得られた。学術的にも非常に価値のある内容であることから、ここまでのデータを学術雑誌のJournal of Plant Researchへ投稿するため、現在原稿を作成中である。また、2018年9月に開催される植物学会での発表も計画している。
植物組織内に感染しているケカビ亜門の菌糸を取り出して培養し、共生培養系を確立することができれば、植物と菌との間の栄養移動や感染経路・形態など菌根共生に関する様々な現象を解明することが可能となる。そこで、ゼンマイ組織より菌糸コイルを単離し、菌類の培養に用いる一般的な培地であるポテトデキストロース寒天培地上で培養を試みた。しかし、菌糸の伸長は見られなかったことから、今後は使用する培地の種類など培養条件の検討が必要であると考えられた。
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| Strategy for Future Research Activity |
リュウビンタイとゼンマイの配偶体を用いたケカビ亜門の探索については、今年度内に投稿論文をまとめることができる十分な分子同定のデータが得られたため、これらについて学会発表や論文作成を行う。
次年度はシダ植物とケカビ亜門の共生培養系を確立することを目標とする。今年度は植物組織内より菌糸を取り出すことには成功したものの、培地上で菌糸が伸長せず、単離に失敗してしまった。すでにコケ植物では共生培養系が確立していることから、これらの実験系を参照し、まずは単離に用いる培地の種類を検討する。菌類の単離に一般的なポテトデキストロース寒天培地のほか、菌根菌を単離する際に標準的に用いられるMMN培地など複数種類の培地を用いて、取り出した菌糸の純粋培養を試みる。
ケカビ亜門との共生において、菌糸が植物組織内でどのような菌糸構造を形成しているかについては、シダ植物においてほとんど解明されていない。菌糸の感染様式は菌根を定義づける上で非常に重要な形態形質であることから、DNA分析によりケカビ亜門を検出した個体を解剖学的に観察し、組織内の菌感染を観察する。すでに、ゼンマイおよびリュウビンタイの配偶体では、分子同定でケカビ亜門を検出した個体について、形態観察用に組織の一部を保存しており、これらについて、パラフィン切片を作成する一般的な組織観察法、あるいは内生菌の一般的な観察方法であるトリパンブルー染色法によって、植物組織内におけるケカビ亜門の菌糸構造を調査する。また、予備的研究において、シダ配偶体はケカビ亜門とアーバスキュラー菌と同時共生している可能性を明らかにしており、両者の感染様式が酷似し、識別が困難である場合も想定される。そこで共生培養で得られたシダ組織内についても観察を行い、シダ植物でのケカビ亜門の感染様式を解明する。
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| Causes of Carryover |
当初の計画より効率良くサンプルの収集や分析ができたため、旅費や人件費を抑えることができた。今年度予備的に研究を行っていた組織観察や培養実験を次年度より本格的に進行するため、次年度使用額は研究打ち合わせ旅費や必要な物品等の購入にあてる。
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