2021 Fiscal Year Annual Research Report
Robustness and modeling of microbial symbiosis in plants: application of field transcriptomics
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20H02883
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
江澤 辰広 北海道大学, 農学研究院, 准教授 (40273213)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉原 創 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (30594238)
佐伯 雄一 宮崎大学, 農学部, 教授 (50295200)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | アーバスキュラー菌根菌 / 野外トランスクリプトーム / 土壌環境 / 有機物連用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
農工大の有機物25年連用圃場において秋まきコムギを栽培し、有機物連用区、化学肥料連用区、および無施肥区から根および地上部、根域土壌を採取した（n = 4, 合計12サンプル）。また、海外研究協力者であるスイス農業研究機関Agroscopeのvan der Heijden博士（チューリッヒ大兼任教授）らの持つ現地農家とのネットワークを利用し、有機物連用および慣行栽培圃場のそれぞれ8試験地から採取したコムギ根および地上部を入手した（n = 8, 合計128サンプル）。これら根から精製したmRNAのシーケンスを行い、得られたリードをコムギゲノムへマッピングして各遺伝子の発現量を算出すると共に、菌根菌のリボソームRNAデータベースに対して相同性検索も行い、各サンプルにおける菌根菌の相対バイオマスを算出した。地上部は酸分解後、窒素およびリン含量を測定した。根域土壌は理化学性分析に供した。今年度、得られた発現データに昨年度取得したデータを加え、遺伝子共発現ネットワーク解析を行って22個の遺伝子共発現モジュールを規定した。この中には菌根形成を制御する遺伝子モジュールが含まれており、このモジュールの発現レベルを有機物連用との関係において解析したが、有意な相関は認められなかった。一方、菌根菌バイオマスは、ほとんどの試験地において有機物連用区で高く、地上部の窒素含量と負の相関を示したことから、コムギでは菌根に対して窒素獲得への依存度が高いことが示唆された。
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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
コムギにおいては、菌根特異的遺伝子の多くはゲノム内に同祖遺伝子を持つこと、それらの発現は品種によらず共発現パターンを示すものの、絶対発現量は品種間で異なっており、地上部窒素濃度による制御を受けている可能性を示唆することができた。しかし、コムギではトウモロコシやダイズと異なり、菌根形成遺伝子群の発現量が菌根菌バイオマスと比例していないことから、遺伝子発現定量法の問題が考えられる。コムギの持つ同祖遺伝子間の塩基配列相同性が極めて高く、これらを区別して個々の発現量を定量することが困難であることが一因とも考えられる。また、農工大25年有機物連用圃場では有機物連用区で化学肥料区の1.5倍の収量があったものの、菌根機能の相違は見られなかったことから、試料採取時期の検討が必要と考えられた。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、コムギにおけるリードマッピングの方法をさらに詳しく検討し、正確な発現量を算出する方法を検討する。また、コムギの菌根依存度（菌根形成モジュールの発現）の経時変化を調査し、生育ステージのどの時期に最も依存度が高まるのか確かめる実験を行う。ダイズにおいては、データが出揃ったことから、論文執筆に向けてさらにデータ解析を進める予定である。
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Research Products
(12 results)
