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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Utilization of functions by cluster root formation for sustainable crop production

Research Project

Project/Area Number 21H04717
Research InstitutionHiroshima University

Principal Investigator

和崎 淳  広島大学, 統合生命科学研究科(総), 教授 (00374728)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 坪田 博美  広島大学, 瀬戸内CN国際共同研究センター, 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)
Project Period (FY) 2021-04-05 – 2025-03-31
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
Outline of Annual Research Achievements

クラスター根形成種ピンクッションハケアから同定したリンゴ酸トランスポーター候補のHlALMT1を発現させたアフリカツメガエル卵母細胞を用いた電気生理試験を行ったところ、リンゴ酸の輸送に伴う有意な電位変化がみられ、Alイオン存在下でその輸送活性は亢進した。クラスター根を形成するシロバナルーピンと形成しないアオバナルーピン、キバナルーピンのリン酸輸送と有機酸輸送活性を調査したところ、アオバナルーピンで他より低かった。その一方でリン酸輸送活性はシロバナルーピンで最も低かった。以上よりシロバナルーピンの生存戦略としてリンの可給化が重要であることが示唆された。
シロイヌナズナのリンゴ酸輸送体AtALMT3について電気生理学的な測定で再検証を行った。リン酸化すると報告されているアミノ酸を変異させたコンストラクトを作製して測定したが、リンゴ酸放出にともなう電流の変化を測定できなかった。発現抑制系統へのAtALMT3遺伝子発現の相補でリンゴ酸放出がみられたことから、何らかの因子がAtALMT3の輸送機能に必要であると推測されるが、その因子はこれらのアミノ酸のリン酸化ではないことが示唆された。
シロバナルーピンの根分泌が多い特定根域における遺伝子発現をRNA-seqにより調査したところ、MATEおよびALMTファミリーに属する遺伝子の有意な発現上昇が確認された。また、複数種のクラスター根由来の浸出物のメタボローム解析を行い、低リン条件で分泌される代謝産物を特定し、それらの機能解析を行った。
クラスター根形成種が自生する宮島の複数地点で森林植生の調査を行うとともに、その場所の土壌中の細菌群集構造を解析したところ、在来生態系と移入種が定着した場所では異なっていた。リン栄養条件を変えて水耕栽培したナンキンハゼのRNA-seqの結果を解析し、遺伝子の発現パターンを比較した。

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。2023年度は基本的にオンラインで分担者と進捗状況を確認しつつ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。

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。根分泌能の差異で分けて採取したシロバナルーピンのクラスター根に関してのRNA-seqデータの解析をさらに進め、実際の有機酸分泌と発現量に高い相関関係の見られる有機酸トランスポーター遺伝子を特定する。クラスター根の形状(シンプル型、コンパウンド型)が異なるヤマモガシ科植物の複数種を対象としてリン吸収能と可給化能の比較を行い、クラスター根の形状によるリン吸収能への影響を調査する。また、同様の栽培により土壌中の微生物群集に及ぼす影響を調査する。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、前年までにクラスター根で機能することが示されたMATE, ALMT遺伝子について、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。
クラスター根の形成に関わる遺伝子を同定するため、これまでのRNA-seqの結果を用いて複数の候補遺伝子を抽出した。これらについて、詳細に発現量の定量を行うとともに、ホルモンによる制御の影響を検証する。
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。これまでに実施してきたイオノーム解析のデータを取りまとめ、クラスター根形成種とその周辺に自生する植物群の栄養吸収特性を評価する。

  • Research Products

    (50 results)

All 2024 2023 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (12 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 12 results) Presentation (35 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 2 results) Book (1 results)

  • [Int'l Joint Research] 西オーストラリア大学(オーストラリア)

    • Country Name
      AUSTRALIA
    • Counterpart Institution
      西オーストラリア大学
  • [Int'l Joint Research] BOKU(オーストリア)

    • Country Name
      AUSTRIA
    • Counterpart Institution
      BOKU
  • [Journal Article] Alleviating effect of calcium sulfate on aluminum stress through enhanced malate release with increased gene expression of malate transporter and sulfate transporter2024

    • Author(s)
      Kouame Koffi Pacome、Agrahari Raj Kishan、Miyachi Tasuku、Kobayashi Yasufumi、Watanabe Toshihiro、Nakamura Toshiki、Maruyama-Nakashita Akiko、Shimizu Masafumi、Koyama Hiroyuki、Kobayashi Yuriko
    • Journal Title

      Soil Science and Plant Nutrition

      Volume: 70 Pages: 1~8

    • DOI

      10.1080/00380768.2024.2334278

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effects of Phosphate-solubilizing Bacteria on Soil Phosphorus Fractions and Supply to Maize Seedlings Grown in Lateritic Red Earths and Cinnamon Soils2023

    • Author(s)
      Long Han、Wasaki Jun
    • Journal Title

      Microbes and Environments

      Volume: 38 Pages: ME22075

    • DOI

      10.1264/jsme2.ME22075

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Phosphorus absorption kinetics and exudation strategies of roots developed by three lupin species to tackle P deficiency2023

    • Author(s)
      Wang Ruixin、Funayama-Noguchi Sachiko、Xiong Zilin、Staudinger Christiana、Wasaki Jun
    • Journal Title

      Planta

      Volume: 259 Pages: 29

    • DOI

      10.1007/s00425-023-04307-9

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Interspecific facilitation of micronutrient uptake between cluster-root-bearing trees and non-cluster rooted-shrubs in a Banksia woodland2023

    • Author(s)
      Staudinger Christiana、Renton Michael、Leopold Matthias、Wasaki Jun、Veneklaas Erik J.、de Britto Costa Patricia、Boitt Gustavo、Lambers Hans
    • Journal Title

      Plant and Soil

      Volume: 496 Pages: 71~82

    • DOI

      10.1007/s11104-023-06092-6

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 鉄鋼スラグ中リン酸の有効活用について2023

    • Author(s)
      和崎 淳、橋本 洋平、木下 林太郎、谷 昌幸
    • Journal Title

      ふぇらむ

      Volume: 28 Pages: 675~679

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Phosphorus deficiency alters root length, acid phosphatase activity, organic acids, and metabolites in root exudates of soybean cultivars2023

    • Author(s)
      Tantriani、Cheng Weiguo、Oikawa Akira、Tawaraya Keitaro
    • Journal Title

      Physiologia Plantarum

      Volume: 175 Pages: e14107

    • DOI

      10.1111/ppl.14107

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Low Phosphorus Tolerance Mechanisms in Soybean Cultivars Grown in Soil2023

    • Author(s)
      Tantriani、Cheng Weiguo、Oikawa Akira、Tawaraya Keitaro
    • Journal Title

      Journal of Soil Science and Plant Nutrition

      Volume: 23 Pages: 6331~6344

    • DOI

      10.1007/s42729-023-01487-x

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The colonial legacy of herbaria2023

    • Author(s)
      Park Daniel S.、Feng Xiao、Hiromi Tsubota et al.
    • Journal Title

      Nature Human Behaviour

      Volume: 7 Pages: 1059~1068

    • DOI

      10.1038/s41562-023-01616-7

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] The complete chloroplast genome of Callicarpa dichotoma (Lour.) K.Koch (Lamiaceae)2023

    • Author(s)
      Phan Quynh Chi、Nagasaki Ryohei、Inoue Yuya、Tsubota Hiromi
    • Journal Title

      Mitochondrial DNA Part B

      Volume: 8 Pages: 1174~1178

    • DOI

      10.1080/23802359.2023.2275332

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Trentepohlia brevicellulis comb. et stat. nov. (Trentepohliaceae, Ulvophyceae) found in Japan2023

    • Author(s)
      Handa Shinji、Nakahara‐Tsubota Miho、Shoda Izumi、Mizobuchi Aya、Nakano Taketo、Tsubota Hiromi
    • Journal Title

      Phycological Research

      Volume: 72 Pages: 12~26

    • DOI

      10.1111/pre.12537

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A novel salt- and organic solvent-tolerant phosphite dehydrogenase from Cyanothece sp. ATCC 511422023

    • Author(s)
      Abdel-Hady Gamal Nasser、Tajima Takahisa、Ikeda Takeshi、Ishida Takenori、Funabashi Hisakage、Kuroda Akio、Hirota Ryuichi
    • Journal Title

      Frontiers in Bioengineering and Biotechnology

      Volume: 11 Pages: 1255582

    • DOI

      10.3389/fbioe.2023.1255582

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Zero-valent iron reduces cadmium and arsenic accumulation in spinach (Spinacia oleracea L.)2023

    • Author(s)
      Nakamura Takashi、Osaki Mitsuru、Watanabe Toshihiro
    • Journal Title

      Journal of Plant Nutrition

      Volume: 47 Pages: 646~655

    • DOI

      10.1080/01904167.2023.2280151

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] イネの P 欠乏応答における硫黄とリンのクロストーク2024

    • Author(s)
      山田郁絵・丸山隼人・渡部敏裕・信濃卓郎
    • Organizer
      第65回日本植物生理学会年会
  • [Presentation] 超塩基性土壌と火山性強酸性土壌:対照的な土壌に生育する植物のイオンプロファイル2024

    • Author(s)
      山本 晃弘、井上 竜輔、渡部 敏裕、中坪 孝之、和崎 淳
    • Organizer
      第71回日本生態学会
  • [Presentation] 西日本の貧栄養土壌に生育する単子葉植物のダウシフォーム根の形成能と養分吸収特性2024

    • Author(s)
      和崎 淳、枡田 元気、松山 理絵、丸山 隼人、中坪 孝之、井上 竜輔、山本 晃弘、渡部 敏裕
    • Organizer
      第65回日本植物生理学会年会
  • [Presentation] The impact of phosphorus supply on the temperature response of hydroponically cultivated Lotus japonicus.2024

    • Author(s)
      Lydia Ratna Bunthara, ZePeng Sheng, Jun Wasaki
    • Organizer
      第65回日本植物生理学会年会
  • [Presentation] The mechanism of invasion for Chinese tallow, Triadica sebifera (Euphobiaceae).2024

    • Author(s)
      Zepeng SHENG, Bunthara Ratna LYDIA, Yoshiki KOYAMA, Tatsuo NEHIRA, Jun WASAKI, Hiromi TSUBOTA
    • Organizer
      第71回日本生態学会
  • [Presentation] In vivo evolution of the Ralstonia sp. phosphite dehydrogenase (PtxD): isolation and characterization of the nitrate resistant PtxD2024

    • Author(s)
      Gamal Nasser Abdel-Hady, Linh Thi Thuy Cao, Takeshi Ikeda, Takenori Ishida, Hisakage Funabashi, Akio Kuroda, Ryuichi Hirota
    • Organizer
      日本農芸化学会 2024年度大会
  • [Presentation] 気孔タイプALMTを活性化する相互作用因子の探索2024

    • Author(s)
      佐々木孝行,森泉
    • Organizer
      第65回日本植物生理学会年会
  • [Presentation] 植物標本と蛍光 X 線分析を用いた野生植物の元素集積傾向の解析(5)土壌の違いが野生植物の各種元素の集積量と相関性に与える影響2023

    • Author(s)
      水野隆文・桑原康輔・近藤大地・伊東拓朗・村井良徳・山下 純・橋本 篤・渡部敏裕
    • Organizer
      日本土壌肥料学会2023年度愛媛大会
  • [Presentation] 宮島に自生するクラスター根形成種ヤマモモの葉身元素組成と雌雄間差2023

    • Author(s)
      和崎 淳・愛原健司・渡部敏裕・坪田博美
    • Organizer
      日本土壌肥料学会2023年度愛媛大会
  • [Presentation] ミナトカモジグサ-菌根菌共生系におけるリンの吸収・可給化機構の根局所的評価2023

    • Author(s)
      永山航平・熊石紀恵・市橋泰範・渡部敏裕・信濃卓郎・丸山隼人
    • Organizer
      日本土壌肥料学会2023年度愛媛大会
  • [Presentation] コムギ品種間におけるリン獲得と根圏細菌叢の関係性2023

    • Author(s)
      今井智葉・青山奈央・能勢結衣・熊石妃恵・市橋泰範・渡部敏裕・信濃卓郎・丸山隼人
    • Organizer
      日本土壌肥料学会2023年度愛媛大会
  • [Presentation] イネにおける硫黄とリンの吸収・体内分配のクロストーク2023

    • Author(s)
      山田郁絵・丸山隼人・渡部敏裕・信濃卓郎
    • Organizer
      日本土壌肥料学会2023年度愛媛大会
  • [Presentation] アルミニウム集積植物メラストーマ(Melastoma malabathricum)のアルミニウムによる鉄毒性緩和機構に関する研究2023

    • Author(s)
      山口夢乃・丸山隼人・山下寛人・一家崇志・信濃卓郎・渡部敏裕
    • Organizer
      日本土壌肥料学会2023年度愛媛大会
  • [Presentation] マルチオミクスによるダイズ子実収量に関わる複合的要因解析2023

    • Author(s)
      村島和基・丸山隼人・渡部敏裕・大津厳生・草野 都・杉山暁史・小林奈通子・濱本昌一郎・福島敦史・大熊直生・藤原風輝・二瓶直登・市橋泰範・信濃卓郎
    • Organizer
      日本土壌肥料学会2023年度愛媛大会
  • [Presentation] Study on the alleviative effect of gypsum (CaSO4) to rhizotoxicity in acid soil2023

    • Author(s)
      Koffi Pacome Kouame, Raj Kishan Agrahari, Yasufumi Kobayashi, Toshihiro Watanabe, Akiko Maruyama, Hiroyuki Koyama, Yuriko Kobayashi
    • Organizer
      日本土壌肥料学会2023年度愛媛大会
  • [Presentation] Naによるシロバナルーピンの放射性セシウム吸収および体内分配の影響2023

    • Author(s)
      岩井純平・菅あやね・丸山隼人・古川純・渡部敏裕・信濃卓郎
    • Organizer
      日本土壌肥料学会北海道支部2023年度秋季支部大会
  • [Presentation] X-ray Fluorescence herbarium ionomics on plants from ultramafic, calcareous, and volcanic soils in Japan2023

    • Author(s)
      Takafumi Mizuno, Daichi Kondo, Hiroto Kasai, Imam Purwadi, Antony Van Der En, Yoshinori Murai, Atsushi Hashimoto, Toshihiro Watanabe
    • Organizer
      The 10th International Conference on Serpentine Ecology
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Sulfur enhances aluminum tolerance in Fimbristylis tashiroana Ohwi growing in solfatara fields2023

    • Author(s)
      Kaito Sotojima, Hayato Maruyama, Jun Wasaki, Takuya Koyama, Syuntaro Hiradate, Takuro Shinano, Toshihiro Watanabe
    • Organizer
      Taiwan-Japan Plant Biology 2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] アレロパシーに関する外来植物とバクテリア相の相互作用-ナンキンハゼを例に-2023

    • Author(s)
      盛 沢鵬、根平 達夫、和崎 淳、坪田博美
    • Organizer
      生物系三学会中国四国地区 合同大会2023年度 徳島大会
  • [Presentation] 低リン耐性種Hakea laurinaのリンゴ酸輸送体HalALMT1の機能解析2023

    • Author(s)
      山田 大綱、Lydia Ratna Bunthara、田中 輝、小濱 卓郎、丸山 隼人、田中 若菜、西田 翔、佐々木 孝行、和崎 淳
    • Organizer
      植物の栄養研究会 第8回研究交流会
  • [Presentation] 蛇紋岩地帯に生育するSaussrea属植物の養分吸収特性2023

    • Author(s)
      井上 竜輔、山本 晃弘、渡部 敏裕、中坪 孝之、和崎 淳
    • Organizer
      植物の栄養研究会 第8回研究交流会
  • [Presentation] 世界遺産・宮島に生育する植物の低リン耐性2023

    • Author(s)
      和崎 淳
    • Organizer
      植物の栄養研究会 第8回研究交流会
    • Invited
  • [Presentation] 瀬戸内CN国際共同研究センターのミッション:ブルーイノベーションとグリーンイノベーション2023

    • Author(s)
      和崎 淳
    • Organizer
      第23回マリンバイオテクノロジー学会大会 ミニシンポジウム「カーボンニュートラルを実現する海と陸のバイオリソースとテクノロジー」
    • Invited
  • [Presentation] Ion profiles of plant species distributed in two contrasting soils: serpentine soil and volcanic acid soil, western Japan.2023

    • Author(s)
      Yamamoto, A., Inoue, R., Watanabe, T., Nakatsubo, T., Wasaki, J.
    • Organizer
      10th International Conference on Serpentine Ecology
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Germination and initial growth characteristics of Saussrea modesta (Asteraceae), an endangered serpentine plant in Japan.2023

    • Author(s)
      Inoue, R., Yamamoto, A., Wasaki, J., Nakatsubo, T.
    • Organizer
      10th International Conference on Serpentine Ecology
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] HalALMT1 encoding malate transporter in cluster roots of Hakea laurina.2023

    • Author(s)
      Yamada, H, Ratna, L.B., Tanaka, A., Tanaka, W., Nishida, S., Sasaki, T., Wasaki, J.
    • Organizer
      Biodiversity Conference 2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Phosphorus supply effects on temperature response of legume plants.2023

    • Author(s)
      Ratna, L.B., Wasaki, J.
    • Organizer
      Taiwan-Japan Plant Biology 2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Malate release in cluster root formed by Hakea laurina.2023

    • Author(s)
      Yamada, H, Ratna, L.B., Tanaka, A., Kohama, T., Maruyama, H., Tanaka, W., Nishida, S., Sasaki, T., Wasaki, J.
    • Organizer
      Australian Society of Plant Scientists Conference (ASPS 2023)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Helicia cochinchinensisの地上部、根部及び根の浸出物のメタボローム解析.2023

    • Author(s)
      中原 凱韻、Tantriani、岡村 惟史、及川 彰、程 為国、和崎 淳、俵谷 圭太郎
    • Organizer
      日本土壌肥料学会2023年度愛媛大会
  • [Presentation] 低リン耐性植物Hakea laurinaが形成するクラスター根におけるHalALMT1の機能解析2023

    • Author(s)
      山田 大綱、Lydia Ratna Bunthara、田中 輝、小濱 卓郎、丸山 隼人、田中 若菜、西田 翔、佐々木 孝行、和崎 淳.
    • Organizer
      日本土壌肥料学会2023年度愛媛大会
  • [Presentation] Acid phosphatase and metabolites in rhizosphere soil of different lateral root orders of soybean cultivars under phosphorus deficiency2023

    • Author(s)
      Tantriani, Akira Oikawa, Cheng Weiguo, Keitaro Tawaraya
    • Organizer
      日本土壌肥料学会2023年度愛媛大会
  • [Presentation] モロコシソウLysimachia sikokiana Miq.の生育状況2023

    • Author(s)
      小山克輝・ファン=クイン=チ・内田真治・中原-坪田美保・坪田博美
    • Organizer
      生物系三学会中国四国地区 合同大会2023年度 徳島大会
  • [Presentation] A novel salt-resistant and an organic solvent-tolerant phosphite dehydrogenase from Cyanothece sp. ATCC 51142.2023

    • Author(s)
      Gamal Nasser Abdel-Hady, Akio Kuroda, Ryuichi Hirota
    • Organizer
      環境バイオテクノロジー学会 2023年度大会
  • [Presentation] A salt- and an organic solvent-tolerant phosphite dehydrogenase for the nicotinamide cofactor regeneration under non-standard reaction condition2023

    • Author(s)
      Gamal Nasser Abdel-Hady, Takahisa Tajima, Takeshi Ikeda, Takenori Ishida, Hisakage Funabashi, Akio Kuroda, Ryuichi Hirota
    • Organizer
      第75回日本生物工学会大会
  • [Presentation] 微生物によるリンの酸化還元と生物循環2023

    • Author(s)
      廣田隆一
    • Organizer
      第2回リンと生命の起源研究会
  • [Book] 新植物栄養・肥料学 改訂版.2023

    • Author(s)
      和崎 淳(分担執筆)
    • Total Pages
      232
    • Publisher
      朝倉書店

URL: 

Published: 2024-12-25  

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