| Project/Area Number |
21K18239
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 45:Biology at organismal to population levels and anthropology, and related fields
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小山 時隆 京都大学, 理学研究科, 准教授 (30324396)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥26,000,000 (Direct Cost: ¥20,000,000、Indirect Cost: ¥6,000,000)
Fiscal Year 2023: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000)
Fiscal Year 2021: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000)
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| Keywords | ホロビオント / 共生 / ウキクサ / 植物成長促進細菌 / 相互作用分子機構 / 共生微生物 / 表層細菌 / 相利共生 / 植物成長促進因子 / 共進化 / 植物ー微生物共生 |
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| Outline of Research at the Start |
土壌環境とは大きく異なり、分子が拡散しやすい水圏環境における、宿主植物と表層共生細菌の特有の相利共生と共進化の世界を探る。具体的には、ウキクサ亜科植物を対象として、共生細菌が生産する水生植物成長促進因子とその生合成遺伝子群の構造ー機能相関について、微生物学的研究と植物生理学的研究の両面から総合的に取り組む。さらに、これまでに構築した、無菌ウキクサをプラットフォームとした複数種共生細菌の協調あるいは拮抗と、宿主植物の成長を定量的に測定するシステムを活用して、未開拓領域である水生植物微生物共生総体（ホロビオント）の生存戦略の一端を分子レベルで理解し、生物共進化の新たな側面に光を当てる。
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| Outline of Final Research Achievements |
In this research project, we focused on the microbial symbiosis of freshwater aquatic plants, and investigated the interaction molecular mechanisms between host plants and surface symbiotic microorganisms from both plant physiological and microbiological studies. Symbiotic bacteria of the genus Acinetobacter and Pseudomonas were shown to produce exopolysaccharides and lipopolysaccharides with different structures, so that they attach to different locations on the host plant and promote its growth. On the other hand, within a plant body, the growth was found to be promoted through the following responses; bacterial adhesion > increased iron utilization efficiency > promotion of nitrogen and chlorophyll metabolism > chloroplast development > increased photosynthetic activity. Furthermore, we discovered that surface symbiotic bacteria of the genus Bacillus promote the growth of host plants through secreting extracellular peptidases.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究成果はこれまで未解明であった、淡水水生植物と表層共生微生物による成長促進作用について双方の研究からその分子機構を明らかにした。これは地球生物圏を支える仕組みの一部を理解するものであると共に両者のホロビオントとしての共進化を理解する手がかりを提供する。一方、研究の対象とした淡水水生植物ウキクサは光合成による廃水浄化作用を有し、増殖した植物バイオマスは資源価値が高いことが指摘されているため、ここで得られた知見は省エネ水処理技術および有用バイオマス生産技術にも利用可能であることから、資源循環型低炭素社会基盤の構築にも寄与する。
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