2022 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of the rhizosphere microbiota assemblage process in soybean with focus on metabolite-metabolite interactions
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21J23155
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
松田 陽菜子 京都大学, 農学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2024-03-31
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| Keywords | ダイズ / イソフラボン / 根圏 / β-グルコシダーゼ / 根粒菌 / マイクロバイオーム / VOCs |
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| Outline of Annual Research Achievements |
根圏とは「植物根から影響を受ける土壌領域」のことであり、根圏に生息する微生物は、植物の養分吸収促進、ストレス耐性向上などに寄与することが知られている。植物は根圏に代謝物を分泌することで、根圏に生存に好ましい微生物叢を形成すると考えられている。本研究では、ダイズ根から分泌されるイソフラボンによるダイズ根圏微生物叢形成プロセスを明らかにすることを目的とした。そして、植物代謝物による根圏微生物叢形成プロセスを「①植物根からの分泌」「②土壌中の動態」「③微生物叢への影響」の3つの段階に分けて考えることとした。
本年度は、昨年度に引き続きダイズ根アポプラストに局在するβ-グルコシダーゼに関する研究に取り組み、このβ-グルコシダーゼによるイソフラボン配糖体の脱配糖化によりダイズ根圏のイソフラボン蓄積量が増加することを示した。その成果をまとめた原著論文が2023年1月に国際誌であるPlant and Cell Physiology誌に受理された。本論文は本雑誌のCommentaryにも取り上げられ、当該研究分野において注目度の高い内容であったと言える。イソフラボン配糖体に比べて非配糖体は、根粒菌のnod遺伝子の誘導活性が顕著に高いのにもかかわらず、根粒形成や細菌叢形成へのβ-グルコシダーゼ機能喪失の影響は見出されなかった。この一因として、輸送体によってイソフラボン非配糖体が供給されているためにβ-グルコシダーゼ機能喪失の影響が軽減されている可能性が考えられた。また、イソフラボンに加えて、根から12 cm以上移動可能という特徴を持つ揮発性有機化合物（Volatile organic compounds, VOCs）に着目した実験を開始した。国外の共同研究先のグループに2か月間滞在し、実験および解析方法を習得した。
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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
本研究の目的はダイズ根から分泌されるイソフラボンによるダイズ根圏微生物叢形成プロセスを明らかにすることである。これまでに、ダイズ根アポプラストに局在するβ-グルコシダーゼが「①植物根からの分泌」「②土壌中の動態」に関与することを逆遺伝学的に示したが、「③微生物叢への影響」への大きな関与は認められなかった。このことから、イソフラボンを介した根圏微生物叢形成には、根圏への複数のイソフラボン分泌経路が寄与している可能性が示唆された。またイソフラボン以外の根圏へ分泌される代謝物として揮発性有機化合物（Volatile organic compounds, VOCs）に着目し、異なる温度・水分条件における分泌パターンを調べた。
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| Strategy for Future Research Activity |
イソフラボン分泌に関与する輸送体の遺伝子候補の絞り込みを終えたため、引き続き生化学的な機能解析を行う予定である。現時点で、コンストラクトの作製と異種発現ホストの形質転換を終えており、現在形質転換体を用いた機能解析に着手している。また、別の異種発現ホストも用意して、2種類のホストを用いた輸送体の機能解析を並行して行っていく。VOCsについては、非生物的ストレス条件下で分泌されるVOCsが土壌微生物叢に与える影響について評価する予定である。
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[Journal Article] Apoplast-Localized β-Glucosidase Elevates Isoflavone Accumulation in the Soybean Rhizosphere2023
Author(s)
Hinako Matsuda, Yumi Yamazaki, Eiko Moriyoshi, Masaru Nakayasu, Shinichi Yamazaki, Yuichi Aoki, Hisabumi Takase, Shin Okazaki, Atsushi J Nagano, Akito Kaga, Kazufumi Yazaki, Akifumi Sugiyama
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Journal Title
Plant and Cell Physiology
Volume: pcad012
Pages: -
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Analysis of an apoplastic β-glucosidase facilitating the delivery of isoflavones from soybean roots to the rhizosphere2022
Author(s)
〇Hinako MATSUDA, Yumi YAMAZAKI, Eiko MORIYOSHI, Masaru NAKAYASU, Shinichi YAMAZAKI, Yuichi AOKI, Hisabumi TAKASE, Shin OKAZAKI, Atsushi J. NAGANO, Akito KAGA, Kazufumi YAZAKI, Akifumi SUGIYAMA
Organizer
JSBBA KANSAI 9th Student Forum
