Elucidation of the rhizosphere microbiota assemblage process in soybean with focus on metabolite-metabolite interactions

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22KJ1727
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 松田 陽菜子 京都大学, 農学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2023-03-08 – 2024-03-31
• Keywords: ダイズ / イソフラボン / 根圏 / β-グルコシダーゼ / 輸送体 / 分泌 / 植物微生物相互作用

Outline of Annual Research Achievements

植物根圏において植物の特化代謝産物（Plant, specialized metabolites, PSM）は重要な役割を担うが、植物の細胞内で生合成されたPSMの「根から土壌への分泌」、「土壌中での動態」、「微生物叢への影響」の一連の過程については、その実態に未解明な部分が多かった。本研究は、ダイズが生産するPSMであるイソフラボン類を中心に、ダイズ根圏に存在するその他の代謝産物にも着目し、ダイズ根圏微生物叢形成の過程の詳細を明らかにすることを目的として研究を行った。本研究の主な成果は以下の通りである。
1.ダイズ根のアポプラストに局在してイソフラボン配糖体を加水分解するβ-グルコシダーゼのICHGが、根アポプラストのイソフラボン量および組成を変化させることを、ichg変異体の表現型解析により示した。圃場試験においては、ダイズ根圏土壌のイソフラボン量がichgの変異により減少すること、またICHGが根圏へのイソフラボン分泌に寄与することを明らかにした。
2.分子系統解析と遺伝子発現解析により、２つの輸送体遺伝子が、根外へのイソフラボン分泌に関与する輸送体遺伝子候補として有力であることを示した。タバコBY-2細胞を用いてイソフラボン輸送体候補の発現ラインを作出し、主要なイソフラボンアグリコンの１つであるゲニステインの輸送解析手法を確立した。
以上のように、本研究では、生化学、分子生物学、情報科学的解析を通して、ダイズ根圏で重要な生理的役割を果たしているイソフラボン類が根圏へもたらされ、微生物叢に影響を与えるまでの過程の一端を解明した。本研究成果は、植物代謝生化学、植物分子生物学、および植物微生物相互作用研究の発展に寄与するところが大きいと言える。

Research Products

• [Int'l Joint Research] オランダ生態学研究所(オランダ)
  • Country Name: NETHERLANDS
  • Counterpart Institution: オランダ生態学研究所
• [Presentation] Screening and biochemical analysis of soybean transporter genes involved in isoflavone secretion into the rhizosphere (2024)
  • Author(s): ○松田陽菜子、棟方涼介、中安大、山﨑真一、青木裕一、永野惇、矢﨑一史、杉山暁史
  • Organizer: 第65回日本植物生理学会年会
• [Presentation] Quantification of flavones and flavonols in different cultivars of soybean (2024)
  • Author(s): 〇Koshiro Matsumura，Hinako Matsuda，Kyoko Takamatsu，Shinichi Yamazaki，Hisabumi Takase，Yoshiharu Fujii，Yuichi Aoki，Nozomu Sakurai， Kazufumi Yazaki，Akifumi Sugiyama
  • Organizer: 第7回京都生体質量分析研究会国際シンポジウム
• [Presentation] Accumulation of flavones and flavonols in soybean roots and their effects on the root microbiome (2024)
  • Author(s): 〇Koshiro Matsumura，Hinako Matsuda，Kyoko Takamatsu，Shinichi Yamazaki，Hisabumi Takase，Yoshiharu Fujii，Yuichi Aoki，Nozomu Sakurai， Kazufumi Yazaki，Akifumi Sugiyama
  • Organizer: 日本農芸化学会2024年度大会
• [Presentation] Analysis of isoflavone catabolism pathway of bacteria isolated from soybean roots (2024)
  • Author(s): 〇Tomoaki Sato, Hinako Matsuda, Kyoko Takamatsu, Noritaka Aoki, Akinori Ando, Shigenobu Kishino, Jun Ogawa, Sachiko Masuda, Arisa Shibata, Ken Shirasu, Tomohisa Shimasaki, Kazufumi Yazaki, Akifumi Sugiyama
  • Organizer: 第7回京都生体質量分析研究会国際シンポジウム
• [Presentation] ダイズ根由来のイソフラボン分解菌の単離と分解特異性の解析 (2024)
  • Author(s): 〇佐藤 友昭、松田 陽菜子、高松 恭子、青木 愛賢、安藤 晃規、岸野 重信、小川 順、増田 幸子、柴田 ありさ、白須 賢、島﨑 智久、矢﨑 一史、杉山 暁史
  • Organizer: 日本農芸化学会2024年度大会
• [Presentation] Apoplastic beta-glucosidase increases the accumulation of isoflavones in the soybean rhizosphere (2023)
  • 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 and Akifumi Sugiyama
  • Organizer: 2023 IS-MPMI CONGRESS
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ダイズイソフラボンの細胞外輸送を担うABC輸送体候補遺伝子の解析 (2023)
  • Author(s): 〇Hinako Matsuda, Ryosuke Munakata, Masaru Nakayasu, Shinichi Yamazaki, Yuichi Aoki, Atsushi J. Nagano, Kazufumi Yazaki, Akifumi Sugiyama
  • Organizer: 第40回日本植物バイオテクノロジー学会（千葉）大会
• [Presentation] Accumulation of flavones and flavonols in soybean roots and their effect on rhizosphere microbiota (2023)
  • Author(s): 〇Koshiro Matsumura，Hinako Matsuda，Kyoko Takamatsu，Shinichi Yamazaki，Hisabumi Takase，Yoshiharu Fujii，Yuichi Aoki，Nozomu Sakurai， Kazufumi Yazaki，Akifumi Sugiyama
  • Organizer: 第32回植物微生物研究会
• [Presentation] The effect of flavones and flavonols on soybean rhizosphere microbiota (2023)
  • Author(s): 〇Koshiro Matsumura，Hinako Matsuda，Kyoko Takamatsu，Shinichi Yamazaki，Hisabumi Takase，Yoshiharu Fujii，Yuichi Aoki，Nozomu Sakurai，Kazufumi Yazaki，Akifumi Sugiyama
  • Organizer: CNRS International Research Network France-Japan Frontiers in Plant Biology 2023
• [Presentation] Effects of flavones and flavonols on the bacterial community in soybean rhizosphere (2023)
  • Author(s): 〇Koshiro Matsumura，Hinako Matsuda，Kyoko Takamatsu，Shinichi Yamazaki，Hisabumi Takase，Yoshiharu Fujii，Yuichi Aoki，Nozomu Sakurai， Kazufumi Yazaki，Akifumi Sugiyama
  • Organizer: JSBBA KANSAI 10th Student Forum
• [Presentation] イソフラボン構造多様性がダイズ-根圏細菌相互作用に与える影響の探索 (2023)
  • Author(s): 〇佐藤 友昭、松田 陽菜子、高松 恭子、青木 愛賢、安藤 晃規、岸野 重信、小川 順、増田 幸子、柴田 ありさ、白須 賢、島﨑 智久、矢﨑 一史、杉山 暁史
  • Organizer: 第32回植物微生物研究会
• [Presentation] The effect of structurally diverse isoflavones on soybean-rhizosphere bacteria interactions (2023)
  • Author(s): 〇Tomoaki Sato, Hinako Matsuda, Kyoko Takamatsu, Noritaka Aoki, Akinori Ando, Shigenobu Kishino, Jun Ogawa, Sachiko Masuda, Arisa Shibata, Ken Shirasu, Tomohisa Shimasaki, Kazufumi Yazaki, Akifumi Sugiyama
  • Organizer: CNRS International Research Network France-Japan Frontiers in Plant Biology 2023
• [Presentation] The Effect of Isoflavone Structural Diversity on Soybean-Rhizosphere Bacteria Interactions (2023)
  • Author(s): 〇Tomoaki Sato, Hinako Matsuda, Kyoko Takamatsu, Noritaka Aoki, Akinori Ando, Shigenobu Kishino, Jun Ogawa, Sachiko Masuda, Arisa Shibata, Ken Shirasu, Tomohisa Shimasaki, Kazufumi Yazaki, Akifumi Sugiyama
  • Organizer: JSBBA KANSAI 10th Student Forum