Elucidation of rhizosphere holobiont metabolic network to clarify plant growth promotion

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H02329
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 41050:Environmental agriculture-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Sugiyama Akifumi 京都大学, 生存圏研究所, 教授 (20598601)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 安藤 晃規 京都大学, 農学研究科, 助教 (10537765)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ホロビオント / 根圏 / イソフラボン / 遺伝子クラスター / Variovorax

Outline of Final Research Achievements

The rhizosphere is defined as "soil influenced by plant roots". It is known that rhizosphere microbial communities are important for the growth of plants and crop production. But the mechanism behind the establishment of rhizosphere microbiota remains largely unclear. In this study, we analyzed metabolic genes in the holobiont, which is composed of plants and microorganisms,and revealed that the microorganisms especially Variovoras spp. that are present in the holobiont possess a group of genes for utilizing isoflavones secreted from soybean roots. Our study also revealed that these genes contribute the adaptation of Variovorax sp. in the environment where isoflavones are rich.

Free Research Field

植物代謝生化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究ではこれまで未解明であったダイズ根圏でのイソフラボン代謝経路が明らかになった。イソフラボン代謝は腸内環境など嫌気条件では理解されていたが、土壌での好機的な環境では初めて見出されたものである。新規代謝経路の解明により、植物がどのように根圏微生物とホロビオントを形成するのかについて、代謝ネットワークの視点から解明する手がかりとなるものである。実際に他の植物でも代謝物を介した同様の相互作用が示唆されいる。また、これらの遺伝子を活用して植物の健全な生育を支える根圏微生物叢の解明や有用物質生産への活用が期待される。