2022 Fiscal Year Annual Research Report
Utilization of functions by cluster root formation for sustainable crop production
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21H04717
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
和崎 淳 広島大学, 統合生命科学研究科(生), 教授 (00374728)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坪田 博美 広島大学, 統合生命科学研究科(理), 准教授 (10332800)
丸山 隼人 北海道大学, 農学研究院, 助教 (10633951)
西田 翔 佐賀大学, 農学部, 准教授 (40647781)
渡部 敏裕 北海道大学, 農学研究院, 准教授 (60360939)
佐々木 孝行 岡山大学, 資源植物科学研究所, 准教授 (60362985)
俵谷 圭太郎 山形大学, 農学部, 教授 (70179919)
廣田 隆一 広島大学, 統合生命科学研究科(先), 准教授 (90452614)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| Keywords | クラスター根 / リン / 有機酸 / 分泌 / システムズ生物学 / 根圏 / ホスファターゼ / 低リン耐性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
リン酸質肥料の資源は涸渇に瀕しており、持続的な作物生産にはその問題の解決が必要である。低リン耐性を有する一部の植物は、クラスター根とよばれる小根が密集した根を形成する能力がある。根の表面積を増やし、難利用性リンの吸収を強化するためにクラスター根が形成されると考えられているが、その形成能と難利用性リンの供給能の詳細は未解明である。本研究ではシステムズ生物学アプローチ解析によるクラスター根の形態形成の制御、爆発的な根分泌の誘導による難利用性リンからの供給能の解明に取り組む。
2022年度に得た主な成果は以下の通りであるクラスター根形成種Hakea laurinaから同定したリンゴ酸トランスポーター候補のHlALMT1を高発現させたところ、リンゴ酸分泌が増加した。電気生理試験でもAlイオン存在下で輸送活性の向上が見られた。さらに、表皮細胞より内側の領域において発現量が多いことを示した。また、シロバナルーピン由来クエン酸トランスポーター候補のLaMATE6がクラスター根での難溶性リンの可溶化に寄与する可能性を示した。
根箱を用いた試験により、シロバナルーピンの 特定根域における遺伝子発現と土壌元素動態の関係を明らかにした。また、有機酸分泌量の差異および発達段階に基づいてクラスター根を分離し、各試料についてRNA-seqを実施した。また、複数のヤマモガシ科植物の根分泌物のメタボローム解析を実施した。
中国原産の外来樹木ナンキンハゼについて土壌中のNやPの吸収効率が高い可能性を示唆する結果を得た。ナンキンハゼが侵入した場所の土壌に加え、クラスター根形成種の根圏と根域土壌の微生物群集構造をアンプリコンシークエンスによる解析を進め、代謝変動について推定した。ソラマメに通常のリン濃度の５倍程度で亜リン酸を与えると、側根の発生数が顕著に増加すること、ホスファターゼの分泌が増加することが確認された。
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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
本研究の成果として、複数の関連論文の投稿や学会発表につながっており、概ね順調に進展している。2022年度は9月末にオンライン併用で推進会議を開催し、進捗の確認と今後の方針について意見交換を行った。今後もweb会議等で意見交換を行いつつ、具体の研究を進める。
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| Strategy for Future Research Activity |
シロバナルーピンのEMS変異株の作成をさらに進める。発達段階ごとに採取したシロバナルーピンのクラスター根のRNA-seq データを用い、クラスター根の発達段階、特に発達初期で特異的に発現が起こる遺伝子と代謝変動を抽出する。また、根分泌能の差異で分けたシロバナルーピンのクラスター根のRNA-seqデータを用い、有機酸分泌の異なるクラスター根同士での代謝の違いを調査する。亜リン酸処理によるクラスター根誘導の可能性を調査するため、引き続きマメ科植物を材料として側根の形成と短い状態で停止する条件の検討を行う。
これまでにルーピンから複数単離したクエン酸とリンゴ酸のトランスポーター候補であるMATE, ALMT遺伝子について、アフリカツメガエル卵母細胞の遺伝子発現系を用いた電気生理試験およびシロイヌナズナの過剰発現系、変異株の相補試験による輸送の調査を継続して行う。また、レポーター遺伝子であるGFPやGUSを用いた発現部位局在性やタンパク質局在性の調査を進める。さらに、水耕栽培した複数種のルーピンの間で見られるリン吸収能や有機酸分泌能を調査し、クラスター根形成能の違いによる適応能力の違いを調査する。さらに、ヤマモガシ科植物のクラスター根の根分泌物のメタボローム解析をさらに進め、鍵となる分泌物を明らかにする。
花崗岩性貧栄養土壌の宮島を主な調査地として、根の同定のためのバーコーディングライブラリを引き続き構築するとともに、イオノーム解析によって栄養吸収特性を調査する。これまでに新たにクラスター根を形成することが示されたヤマモモについて、クラスター根の機能解析を水耕栽培と土耕栽培で実施する。
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