Molecular mechanism of interactions between phyllosphere C1-microbes and plants and its application in environmental conservation agriculture

Research Project

Project/Area Number	19K22307
Research Category	Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 39:Agricultural and environmental biology and related fields
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	由里本博也京都大学, 農学研究科, 准教授 (00283648)
Project Period (FY)	2019-06-28 – 2022-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help	¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000) Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000) Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000) Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywords	生物間相互作用 / 葉面微生物 / 作物増収 / 環境保全型農業 / 微生物生理
Outline of Research at the Start	メチロバクテリウム属に代表されるメタノール資化性細菌（C1細菌）は葉面微生物の優占種であり、植物生長促進効果をもつことが知られているが、C1細菌と植物との相互作用の分子機構については未解明な点が多い。本研究では、葉面C1細菌の植物定着能、葉面での優占化、種間特異性、植物生長促進に関わる新奇因子を探索してその分子機構を解明するとともに、その製造工程で多大なエネルギーを消費する化学肥料の使用量を低減しながらも作物増産を可能にする、葉面C1細菌を用いた環境保全型新規栽培技術への活用を目指す。
Outline of Annual Research Achievements	１. C1細菌-植物間相互作用の分子機構解明アカシソとMethylobacterium sp. OR01株の特異な関係をモデル系とし、葉面C1細菌の植物定着能、葉面での優占化、種間特異性、植物生長促進に関わる新奇因子を探索してその分子機構を解明するため、他種のC1細菌とともに接種したOR01株のアカシソ上での優占化過程を培養法と顕微鏡観察により追跡するとともに、OR01株の葉面での増殖に有利に働く因子の探索を行った。新規遺伝子探索のためのOR01株ゲノムライブラリー作成を進めるとともに、葉面での増殖および定着能に関与することが推測される遺伝子の遺伝子破壊株を構築した。作成した遺伝子破壊株の葉面定着能や特性評価のための解析手法も同時に確立した。２. C1細菌接種による減肥条件下での生長促進効果の検証イネに対する生長促進効果については、商業圃場におけるC1細菌接種による増収効果の検証を行い、過去の接種試験と同等の効果があることを確認した。本研究課題の研究開始がR1年7月であったため、R1年度は減肥条件でのイネ栽培が出来なかったが、R2およびR3年度には無施肥圃場を用いた接種試験を行う予定である。またイネ以外にもいくつかの作物を候補として人工気象器内での栽培系を検討し、コマツナが評価対象作物として適していることがわかった。R2年度以降は、イネの複数品種に加え、コマツナを対象として、C1細菌接種による生長促進効果の検証を進めることとした。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason C1細菌-植物間相互作用の分子機構解明については、葉面C1細菌の植物上での動態追跡や、葉面増殖能に関わる機能評価のための解析手法を確立することができた。OR01株ゲノムライブラリーの作成については、諸条件の最適化を行ったが高効率ライブラリーの作成には至らなかった。一方、遺伝子破壊株については、複数の候補遺伝子について構築することができた。C1細菌接種による減肥条件下での生長促進効果の検証については、減肥条件での評価には着手できなかったものの、R2年度以降への準備状況としては概ね計画通りに進展している。
Strategy for Future Research Activity	C1細菌-植物間相互作用の分子機構解明については、前年度に引き続き、OR01株ゲノムライブラリー作成と導入を進めるとともに、各種遺伝子破壊株の葉面での生育特性評価を行う。C1細菌接種による減肥条件下での生長促進効果の検証については、複数のイネ品種に対する初期生長への効果を調べるとともに、無施肥圃場での増収効果を調べる。コマツナについては、R2年度は実験室レベル（人工気象器内）での解析を主に行う。