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将来の高CO2環境を見据えたRubisco含量の最適化によるダイズ生産性の向上

Research Project

Project/Area Number 18J13173
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Crop production science
Research InstitutionKyoto University
Research Fellow 迫田 和馬  京都大学, 農学研究科, 特別研究員(PD)
Project Period (FY) 2018-04-25 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2019: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywordsダイズ / 光合成 / 高CO2 / ルビスコ / CO2固定
Outline of Annual Research Achievements

ダイズ品種エンレイを親品種とする約1500系統から構成される変異体ライブラリーより、ルビスコ小サブユニットをコードする核内遺伝子(GmRbcS; Glyma.20G134660)を機能欠損する変異体系統(Gmrbcs)をスクリーニングした。Gmrbcsおよびエンレイ(野生型系統)を環境制御型温室において大気CO2条件でポット栽培し、個葉のルビスコの含量と活性化率、またガス交換測定に基づき光合成特性を解析した。野生型と比較して、Gmrbcsのルビスコ含量は29.7%低く、活性化率は10.5%高かった。大気CO2条件 (CO2濃度400 ppm) では系統間で光合成速度に差異はみられなかったが、気孔を介したCO2の拡散効率(気孔コンダクタンス)はGmrbcsで低い傾向となり、Gmrbcsの葉内細胞間隙CO2濃度は野生型より有意に低かった。一方、高CO2条件 (CO2濃度1000 ppm) では、系統間で光合成速度、気孔コンダクタンスおよび葉内細胞間隙CO2濃度に明瞭な差異はみられなかった。いずれのCO2条件においても、Gmrbcsのルビスコ当たりの光合成速度は野生型より33%以上高く、また光合成速度の気孔コンダクタンスに対する比として表される水利用効率は18%以上高かった。
本研究では、個葉のルビスコ含量が減少したダイズ系統 Gmrbcs の作出に成功した。Gmrbcsではルビスコへの窒素分配量が減少し、他の光合成関連タンパク質への窒素分配量が増加した結果、葉緑体におけるCO2固定の効率が高まり、個葉の窒素利用効率が向上している可能性が示された。またこのことは、Gmrbcsの高い水利用効率にも寄与したと考えられる。よって、本研究は将来的な高CO2環境や乾燥環境において低コストで高い生産性を実現するダイズ品種の育成に資する重要知見を示した。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(5 results)

All 2020 2019 2018

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Two novel quantitative trait loci affecting the variation in leaf photosynthetic capacity among soybeans2020

    • Author(s)
      Sakoda Kazuma、Kaga Akito、Tanaka Yu、Suzuki Seita、Fujii Kenichiro、Ishimoto Masao、Shiraiwa Tatsuhiko
    • Journal Title

      Plant Science

      Volume: 291 Pages: 110300-110300

    • DOI

      10.1016/j.plantsci.2019.110300

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Genetic Diversity in Stomatal Density among Soybeans Elucidated Using High-throughput Technique Based on an Algorithm for Object Detection2019

    • Author(s)
      Sakoda Kazuma、Watanabe Tomoya、Sukemura Shun、Kobayashi Shunzo、Nagasaki Yuichi、Tanaka Yu、Shiraiwa Tatsuhiko
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 9

    • DOI

      10.1038/s41598-019-44127-0

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Stomatal density affects the dynamics of stomatal opening and CO2 assimilation in Arabidopsis under the fluctuating light2019

    • Author(s)
      Kazuma Sakoda, Wataru Yamori, Tomoo Shimada, Shigeo S Sugano, Ikuko Hara-Nishimura, Yu Tanaka
    • Organizer
      International Symposium on the Future Direction of Plant Science by Young Researchers
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 気孔密度の改変が変動光に対する気孔開口と光合成の応答性に及ぼす影響2019

    • Author(s)
      迫田和馬・嶋田知生・菅野茂夫・西村いくこ・田中佑
    • Organizer
      日本植物生理学会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 物体検出アルゴリズムに基づくダイズ個葉における気孔密度の迅速評価手法の構築2018

    • Author(s)
      迫田和馬・渡邊智也・助村駿・小林俊造・長崎裕一・白岩立彦・田中佑
    • Organizer
      生命科学系フロンティアミーティング
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-05-01   Modified: 2021-01-27  

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