Analysis of diversity of rhizobial genome and the community structure in Philippines and Japan based on environmental gradients

• Project/Area Number: 21KK0103
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 38:Agricultural chemistry and related fields
• Research Institution: University of Miyazaki
• Principal Investigator: 佐伯 雄一 宮崎大学, 農学部, 教授 (50295200)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 城 惣吉 島根大学, 学術研究院農生命科学系, 助教 (20721898) ; 山本 昭洋 宮崎大学, 農学部, 准教授 (30452915)
• Project Period (FY): 2021-10-07 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥18,980,000 (Direct Cost: ¥14,600,000、Indirect Cost: ¥4,380,000); Fiscal Year 2025: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2024: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2023: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2022: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2021: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
• Keywords: 根粒菌 / ササゲ / リョクトウ / Bradyrhizobium属 / B. yuamingense / ダイズ / 群集構造 / 温帯 / 熱帯 / マメ科作物 / 多様性 / 環境傾度 / 温帯ー熱帯 / フィリピン / 気候変動

Outline of Research at the Start

現在の気候変動の実態に鑑みて地球規模の環境傾度に着目した土壌微生物生態を明らかにすることは、未来の日本農業や熱帯農業にとって重要な課題である。本研究では、日本と同じ島嶼国であり、国土の経度がほぼ同じで緯度の違いにより熱帯に位置するフィリピンに着目する。特に窒素を共生窒素固定に大きく依存するマメ科作物の栽培において、各種マメ科作物に共生する根粒菌に焦点を当て、両国におけるマメ科作物の根粒菌の多様性や群集構造の比較解析および窒素固定能の評価を行うことにより、土着根粒菌の多様性と群集構造を明らかにし、気候変動に対応した根粒菌のマメ科作物生産への利用を図る。

Outline of Annual Research Achievements

現在の気候変動の実態に鑑みて緯度などの違いによる地球規模の環境傾度に着目した土壌微生物生態を明らかにすることは、未来の日本農業や熱帯農業にとって大変重要な課題である。本研究では、日本と同じ島嶼国であり、且つ国土の経度がほぼ同じでありながら、緯度の違いにより熱帯に位置するフィリピンに着目し、熱帯性マメ科作物の根粒菌群集構造の解析を行なっている。2023年度は、フィリピンCentral Luzon State Univ.(CLSU) の圃場と島根大学・宮崎大学の圃場で栽培したVigna属マメ科作物の根粒菌群集構造の解析を行なった。
ササゲ、リョクトウをそれぞれの圃場で栽培し、着生した根粒からゲノムを抽出し、16S-23S rRNA gene ITS領域をターゲットとしたアンプリコンシークエンス解析を行なった。得られたデータからAmplicon Sequence Variant (ASV)と構築した系統樹から得られた種構成を解析した。その結果、感染根粒菌はBradyrhizobium属であり、宮崎・CLSUではB. yuamingenseが優占していた。島根ではB. elkaniiとBradyrhizobium sp.が優占していた。ASVを元にした群集構造の比較では、栽培地点による明確な差異が認められ、ITS配列レベルでは異なる菌株が土着化していることが示唆された。
日本国内でダイズを栽培している限り、B. yuamingenseは検出されないが、フィリピンでダイズを栽培するとB. yuamingenseがダイズ根粒菌として優占している。2023年度研究で着目すべき点は、宮崎においてVigna属を栽培した場合、感染根粒菌のほとんどがB. yuamingenseであり、南日本においてもB. yuamingenseが土着化していることを明らかにした点である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

これまでにフィリピンと日本の圃場で、ダイズ、ササゲ、リョクトウの感染根粒菌群集構造の解析を実施し、地域に特徴的なAmplicon Sequence Variantおよび属種の同定を行ない、考察することができている。本研究における、ITS領域の多型を元にした解析では、ダイズ根粒菌はCLSUでその根粒菌群集構造が大きく変化するのに対して、Vigna属根粒菌では島根で群集構造の大きな変化が起きていることを見出した。

Strategy for Future Research Activity

今後、熱帯緑肥作物であるセスバニアやクロタラリアについて研究を進める。さらにマメ科作物に感染した根粒菌の解析に続き、土壌DNAを元にした土壌中の根粒菌群集構造の解析を進め、感染根粒菌群集構造との比較解析により、感染における親和性について解析を進める。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Central Luzon State University(フィリピン)
• [Int'l Joint Research] Central Luzon State Unibersity(フィリピン)
• [Int'l Joint Research] Central Luzon State University(フィリピン)
• [Journal Article] Land utilization types impacted the species diversity and population distribution of nodulating and non-nodulating rhizobia in the Philippines (2023)
  • Author(s): Mason Maria Luisa T.、De Guzman Baby Lyn T.、Mactal Ariel G.、Yamamoto Akihiro、Saeki Yuichi
  • Journal Title: Rhizosphere Volume: 27 Pages: 100743-100743
  • DOI: 10.1016/j.rhisph.2023.100743
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Compatibility of adzuki bean (Vigna angularis)?and Bradyrhizobium USDA strains, and geographical distribution and community structure on indigenous adzuki bean-nodulating bradyrhizobia in Japan (2023)
  • Author(s): Shiro Sokichi、Makihara Ryu、Yamaguchi Masahiro、Kadowaki Masayuki、Saeki Yuichi
  • Journal Title: Plant Protection Science Volume: 59 Issue: 3 Pages: 217-232
  • DOI: 10.17221/64/2022-pps
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 根粒菌生態機能を活用した環境保全型ダイズ栽培技術の開発 (2023)
  • Author(s): 佐伯雄一
  • Journal Title: 作物生産と土づくり Volume: 55 Pages: 21-26
• [Journal Article] 環境傾度によるダイズ根粒菌の群集生態に関する研究 (2022)
  • Author(s): 佐伯雄一
  • Journal Title: 土と微生物 Volume: 76 Pages: 43-48
• [Presentation] 野生型・nod+/fix- 変異株根粒菌混合接種におけるダイズ根粒菌の窒素固定活性評価 (2023)
  • Author(s): 矢野俊一・山本昭洋・佐伯雄一
  • Organizer: 日本土壌肥料学会 愛媛大会
• [Presentation] ダイズ根粒菌混合接種による窒素固定活性コントロールの試み (2023)
  • Author(s): 矢野俊一・山本昭洋・佐伯雄一
  • Organizer: 日本土壌肥料学会九州支部 福岡例会
• [Presentation] 環境傾度によるダイズ感染根粒菌群集構造の比較解析 (2023)
  • Author(s): 長友由希・矢野俊一・Lee Yong Jae・Maria Luisa T. Mason・山本昭洋・佐伯雄一
  • Organizer: 日本土壌肥料学会九州支部 福岡例会
• [Presentation] 環境軽度によるダイズ根粒菌の群集構造に関する研究 (2022)
  • Author(s): 佐伯雄一
  • Organizer: 日本土壌微生物学会 2022年度鹿児島大会
  • Invited
• [Presentation] Effect of drought stress on proline and polyamine in Lotus japonicus (2022)
  • Author(s): Yonghae Lee・橋口正嗣・明石良・Marwa MR Mahmoud・山本昭洋・佐伯雄一
  • Organizer: 日本土壌肥料学会 2022年度東京大会
• [Presentation] 根粒形成に関与しない根粒菌の窒素固定活性に依存するダイズ遺伝子 (2022)
  • Author(s): 矢野俊一・多久島照弥・山本昭洋・江澤辰広・佐伯雄一
  • Organizer: 日本土壌肥料学会 2022年度東京大会
• [Presentation] 窒素固定活性に依存しない根粒形成制御モジュール (2021)
  • Author(s): 矢野俊一・多久島輝弥・杉村悠作・佐伯雄一・江沢辰広
  • Organizer: 日本土壌肥料学会 2021年度北海道大会
• [Presentation] 根粒菌の窒素固定活性と宿主ダイズ遺伝子発現に関する研究 (2021)
  • Author(s): 矢野俊一 ・多久島輝弥・杉村悠作・佐伯雄一・江澤辰広
  • Organizer: 日本土壌肥料学会 九州支部例会
• [Book] 日本の土壌事典 : 分布・生成から食料生産・保全管理まで (2023)
  • Author(s): 日本土壌肥料学会、日本ペドロジー学会、波多野 隆介、真常 仁志、高田 裕介
  • Total Pages: 384
  • Publisher: 朝倉書店
  • ISBN: 9784254431292
• [Remarks] 宮崎大学研究者データベース
  • URL: https://srhumdb.miyazaki-u.ac.jp/html/218_ja.html?k=%E4%BD%90%E4%BC%AF
• [Remarks] 国立大学法人 宮崎大学 農学部 応用生物科学科 土壌肥料学研究室
  • URL: https://www.cc.miyazaki-u.ac.jp/sspn/