Arbuscular mycorrhizal symbiosis in broad-leaved deciduous forests

Research Project

Project/Area Number	20H03318
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 45040:Ecology and environment-related
Research Institution	Yamagata University
Principal Investigator	富松裕山形大学, 理学部, 教授 (40555398)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	横山潤山形大学, 理学部, 教授 (80272011) 松尾歩東北大学, 農学研究科, 助教 (90868754)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000) Fiscal Year 2023: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000) Fiscal Year 2022: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000) Fiscal Year 2021: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000) Fiscal Year 2020: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
Keywords	夏緑樹林 / アーバスキュラー菌根 / 菌根共生ネットワーク / DNAメタバーコーディング分析 / 生活史
Outline of Research at the Start	大多数の陸上植物は、根圏でアーバスキュラー菌根菌（AM菌）と共生しており、生態系の一次生産や物質循環における菌根共生の重要性は広く認識されている。しかし、植物とAM菌の共生関係は、これまで実験環境下で解明されてきた部分が大きく、いわば菌根の「潜在的な」機能が分かっているに過ぎない。本研究では北日本の夏緑樹林を対象として、植物とAM菌による菌根共生の実態を（1）植物とAM菌の相互作用ネットワーク、（2）AM菌群衆の形成過程における宿主植物の重要性、（3）植物の生活史を通じた菌根共生の時間動態、の3つの観点から解明することを目指す。
Outline of Annual Research Achievements	今年度は、植物とAM菌の相互作用ネットワーク分析について、一定の成果が得られた。北海道の夏緑樹林内に半径5mのプロットを12ヶ所に設け、プロット内に生育する植物の細根を各種につき1個体ずつ採集した。採集した植物は林冠木7種、林床植物33種、中間層に生育する低木やつる植物12種の計52種で、林内に生育する植物種の約半数に当たる。いずれの種も、開花個体や十分に成熟した個体から細根を採集した。細根から抽出したDNAをテンプレートとして、アーバスキュラー菌根（AM）菌のDNAメタバーコーディング分析を行った。rRNA遺伝子の小サブユニット領域（約550bp）をsemi-nested PCRにより増幅し、Miseqを用いてペアエンドシーケンシングを行ったところ、原因不明のエラーにより、リバース側配列の一部が得られなかった。AM菌のメタバーコーディングにおいて有益な変異の大部分は本領域の5'にあることから、フォワード側配列のみを用いて分析を行ったところ、93のAM菌OTUが観察され、本林分には少なくとも4目8科8属に及ぶ多様なAM菌が存在していることが分かった。また、AM菌群集の組成は植物種によって有意に異なるだけでなく、植物の生育型によっても異なっていた。どの植物種もGlomeraceaeと高い頻度で共生し、林冠木でその傾向が顕著だったが、Archaeosporaceaeは主に林床植物と共生していた。林床植物は、林冠木と多くのAM菌OTUを共有していたが、Glomeraceaeに対する選好性は林冠木に比べて低かった。しかし、得られた配列が想定していたよりも短かったことから、各OTUと仮想種（VT）との対応関係については明らかにできなかった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason COVID-19拡大に伴う影響により、野外調査において制約が生じたこと、次世代シーケンサーで原因不明のエラーが発生したことにより作業がやや遅れている。
Strategy for Future Research Activity	次年度、遅れている作業を継続して行う。次世代シーケンシングについてはライブラリの調整方法について改めて検討し、問題の解決を図る。