2023 Fiscal Year Research-status Report
Development of Utilization Technologies for Crop Production using Plant Growth Promoting Bacteria in Africa
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22KK0085
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture |
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Principal Investigator |
志和地 弘信 東京農業大学, 国際食料情報学部, 教授 (40385505)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
寺田 順紀 東京農業大学, 国際食料情報学部, 助教 (30803845)
OUYABE MICHEL 東京農業大学, 国際食料情報学部, 研究員 (30967005)
菊野 日出彦 東京農業大学, 国際食料情報学部, 教授 (50638608)
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| Project Period (FY) |
2022-10-07 – 2026-03-31
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| Keywords | 作物学 / 植物育種学 / 植物生育促進細菌 / ヤムイモ / イネ / トマト / メタゲノム解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はヤムイモ（Dioscorea spp.）に共生する植物生育促進細菌（Plant Growth Promoting Bacteria: PGPB）を用いた作物栽培技術の開発を目指すものである。ヤムイモとはヤマノイモ科の植物の食用種を指す。西アフリカではヤムイモは地域の食料として重要な作物であるが、その重要性が熱帯地域以外では適切に認識されておらず、研究や品種改良の対象とされてこなかった。申請者らは科学研究費の助成を受けて国際熱帯農業研究所（International Institute of Tropical Agriculture：IITA ナイジェリア）とヤムイモに関する共同研究を行ってきた。そして、ヤムイモには窒素固定をし、低肥沃土壌で生育できる系統があることを発見した。それらには窒素固定細菌や植物生育促進細菌が共生することが明らかになった。PGPBは窒素固定、リンの可溶化、植物ホルモンの産生などにより植物の生育促進や植物病原菌への拮抗作用を持つ細菌である。私たちはこれまでに多数のPGPBをヤムイモから分離・同定した。そのPGPBをダイジョ（ヤムイモの一種）及びイネに接種したところ、いくつかの細菌で生育に促進効果が認められた（Liswadiratanakul et al. 2021; Ouyabe et al. 2020）。また、蛍光タンパク質を組み込んだヤムイモ由来のGFP Agrobacterium sp.をダイジョ、ナガイモ、イネに接種したところ、根から侵入する様子が確認できた（森ら2021）。これらの結果からヤムイモ由来のPGPBはヤマノイモ科作物やイネの栽培において利用できる可能性が考えられた。植物共生エンドファイを利用した作物の栽培技術の開発は化学肥料などの低減を目指す次世代の技術として期待される。
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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
ヤムイモから分離・培養される窒素固定細菌はProteobacteriaが多い。ヤムイモの細菌のメタ16S解析を行った結果、共生細菌は５属のProteobacteriaが主であり、これらがダイジョの生育促進に関与していると考えられた（Kihara et al. 2022）。ナイジェリアのIITAで栽培されたホワイトヤムの8系統（ヤムイモの一種）にも多くの種類の窒素固定細菌が共生していることが確認され、ホワイトヤムの細菌叢もProteobacteriaが主であった（投稿中）。そこで、PGPB活性の高い5種類のProteobacteriaをダイジョA-19系統に接種した結果、人為的な細菌の置換が可能であることが確認されたが生育の促進が認められなかった(Liswadiratanakul et al. 2023）。ジネンジョでは4種類のPGPBの接種によってリン供給、根の生育促進が確かめられた（未発表）。次に野外環境で４系統のダイジョに5種類のPGPBを接種した結果、生育に及ぼす効果は系統によって異なった。野外環境のイネへのPGPBの接種は生育への効果が見られなかった。 ヤムイモではPGPBの多様性は品種や窒素の要求度が関係していると推察された（投稿中）。
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| Strategy for Future Research Activity |
PGPBが特定され細菌叢が明らかになったことから、研究は細菌を用いた作物栽培への実用的な技術開発に移行している。ヤムイモから単離したPGPBをイネに接種して、窒素の固定効果を調べ、細菌の農業資材・バイオスティミュラントとしての汎用性を検討する。ヤムイモにおけるPGPB接種の効果は品種によって違うことが明らかになったことから、PGPBと親和性の高い品種を選抜する。また、アフリカのホワイトヤムについても細菌叢が明らかになったことから、選抜したPGPBの接種試験をナイジェリアで開始する。さらに、ヤムイモから分離したPGP能が高いAgrobacterium sp.はトマトやトウモロコシにも共生したことからバイオスティミュラントとしての効果を検証する。
窒素固定細菌は東京農業大学の菌株保存室に登録し、遺伝資源としてデータベース化を行っており、民間企業へ譲渡を行っている。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍により遅れていたナイジェリアIITAへの渡航・研究を開始したが、日本での実験・分析の比率が高い状況にある。ナイジェリアでの研究を進展させるが、円安により研究経費が増える見込みである。
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