2019 Fiscal Year Research-status Report
Elucidation of the nitrogen-fixing endophyte in yam and agricultural innovation
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18KT0046
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture |
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Principal Investigator |
志和地 弘信 東京農業大学, 国際食料情報学部, 教授 (40385505)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
朴 炳宰 鹿児島大学, 農水産獣医学域農学系, 准教授 (00538879)
遠城 道雄 鹿児島大学, 農水産獣医学域農学系, 教授 (60194651)
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| Project Period (FY) |
2018-07-18 – 2022-03-31
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| Keywords | 作物学 / 微生物工学 / 育種学 / ヤムイモ / 植物生育促進細菌 / 施肥技術 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はヤムイモに共生する窒素固定細菌を次世代の農資源と捉え農業革新と食料増産による国際協力を目標としたものである。ヤムイモとはヤマノイモ科の植物の食用種を指す。開発途上国ではヤムイモは地域の食料として重要な作物であるが、その重要性が熱帯地域以外では適切に認識されておらず、研究や品種改良の対象とされてこなかった。申請者らは科学研究費の助成（2006～2015年）を受けて国際熱帯農業研究所（International Institute of Tropical Agriculture：IITA ナイジェリア）とヤムイモの生産性改善に関する共同研究を行い、これまでに新しい増殖方法や栽培技術などを開発してきた。そして、高収量品種の育成過程で窒素がほとんどない土壌でも良く生育するヤムイモ系統を発見した。この系統は平成27-29年挑戦的萌芽研究「ヤムイモ(Dioscorea spp.)の窒素固定細菌との共生に関する研究」において、根粒菌などの窒素固定細菌と共生していることが世界で初めて確認され、窒素固定の寄与率が38％以上あることを明らかにした。ヤムイモの生育に窒素固定細菌が関与することはこれまでに報告がなく、また、マメ科以外に内生するこれらの細菌の生態や能力に関する報告は少ない。挑戦的萌芽研究では3属の根粒菌と8属の窒素固定細菌が分離された。これらの中にはPlant Growth Promoting Bacteria (PGPB)のEnterobacter属も見つかっており、植物生長促進材としての利用も考えられた。
本研究はヤムイモに内生する窒素固定細菌の能力や特性を明らかにして、ヤムイモ生産における窒素固定細菌の利用を確立するとともに、農業生産における窒素固定エンドファイトの利用による窒素化学肥料に依存しない持続的な食糧生産技術の開発を目指す、農学と微生物工学を融合したものである。
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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
ヤムイモの一種である16系統のダイジョと3系統のトゲイモについて窒素固定の寄与度の測定及び窒素固定細菌の分離・同定を試みた。その結果、いずれの系統からも窒素固定細菌が分離されて19属が推定された。また、窒素固定細菌による窒素供給の高い系統の存在が明らかになった。
次に、分離された窒素固定細菌の中でARA活性の高いAgrobacterium sp.を増殖し、ダイジョに接種して、生育に及ぼす影響を調査した。その結果、イモのバイオマス量並びに葉の窒素含有量が大きくなったことから、接種細菌が生育に作用したものと考えられた。
これまでの実験において分離された50株の窒素固定細菌を用いて、細菌のインドール酢酸の生成並びに鉄及び難溶態リン酸カルシウムの可溶化活性について調べた。その結果、インドール酢酸の生成及びリン酸カルシウム可溶化活性を持つそれぞれ30株の窒素固定細菌が明らかになった。また、21株がキレート鉄を生成し、9株が３つの生成能力を合わせ持つことが明らかになった。これらのうち増殖が容易だった７種の細菌は植物生育促進細菌として特許申請を行った（特願2019-209500）。
2年目の研究で確立したメタゲノム解析の手法を用いて、ダイジョのメタゲノム解析を行った。ダイジョの細菌叢はProteobacteriaの５属の存在量が多く、それは Allorhizobium - Neorhizobium - Pararizobium - Rhizobium系統群、Bulkholderia - Caballeronia - Paraburkholderia系統群、 Bradyrhizobium、 Pseudomonas及びStenotrophomonasであった。これら５属は窒素固定能を持ち, ダイジョの生育促進に寄与していると考えられたことから、接種細菌パッケージの候補とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
ヤムイモから単離した窒素固定細菌をイネに接種して、窒素の固定能力を調べ、細菌の農業資材としての汎用性を検討する。ヤムイモの細菌フローラが明らかになったことから、これまでに単離・同定した細菌を組み合わせて、生物肥料資材としてのパッケージを作成し、接種試験を行う。また、アフリカのホワイトヤムについても細菌叢を明らかにして、窒素固定細菌叢のパッケージを作成し、ナイジェリアで接種試験を開始する。
窒素固定細菌は東京農業大学の菌株保存室に登録し、遺伝資源としてデータベース化を進めている。
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| Causes of Carryover |
年度末にナイジェリア の出張を予定していたが、コロナ禍によりキャンセルなったため。ナイジェリアでの研究は次年度の計画に送り、日本でのゲノム解析実験を前倒しで実施する。
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