The structure and functions of the microbial food chain in the rice rhizosphere controlled by the plant genotype and phenotype

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02887
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 38010:Plant nutrition and soil science-related
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: MURASE Jun 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (30285241)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中園 幹生 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (70282697) ; 土井 一行 名古屋大学, 生命農学研究科, 准教授 (80315134) ; 西内 俊策 名古屋大学, 生命農学研究科, 助教 (30726980)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 水稲 / 根圏マイクロバイオーム / アンプリコンシークエンス / 窒素固定

Outline of Final Research Achievements

We have developed a nucleic acid extraction and purification method for high-throughput molecular analysis of microbial communities inhabiting plant roots. We clarified the composition and structure of the root microbial communities of 120 paddy rice varieties cultivated under fertilized and non-fertilized conditions. We analyzed the relationship between the root microbiome and the rice genotypes and phenotypes governed by fertilization conditions. Genome-wide association analysis was used to extract candidate rice genes that regulate root microbial communities. The importance of rice genotype, phenotype, and soil type on the composition of root microbial communities was comparatively analyzed. We quantified the nitrogen-fixing activity and nitrogen-fixing genes of root microorganisms. We found that rice cultivars with high fertilization efficiency showed a less intensified decrease in nitrogen-fixing activity and specific nitrogen-fixing genes due to fertilization.

Free Research Field

土壌微生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、遺伝情報が明らかとなっているイネ120品種を対象に根に生息する微生物（細菌、古細菌、真核微生物）群集の網羅的解析を行い、イネの遺伝型、表現型との関係を初めて明らかにした。根微生物群集の構成は施肥の影響を大きく受けること、施肥の影響はイネの遺伝型によって異なること、さらに土壌タイプが根微生物群集を規定する重要な因子であることが示され、イネと根圏微生物の相互作用に関する基盤的な知見を提供するができた。また、本研究により得られた根に生息する窒素固定微生物の生態に関する知見は、将来のイネ育種を含め、土壌微生物の機能を活かした低施肥農業、持続的農業に資するものである。