イネの物質輸送関連遺伝子の微気象応答とその生理的役割－オミクスと農業気象の融合

• 研究課題/領域番号: 17H03896
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 農業環境・情報工学
• 研究機関: 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構
• 研究代表者: 桑形 恒男 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農業環境変動研究センター, ユニット長 (90195602)
• 研究分担者: 近藤 始彦 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (00355538) ; 伊川 浩樹 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農業環境変動研究センター, 主任研究員 (10754393) ; 杉浦 大輔 名古屋大学, 生命農学研究科, 助教 (50713913)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円); 2019年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2018年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2017年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
• キーワード: アクアポリン / イネ / 環境応答 / 群落微気象 / 蒸散 / 植物生理 / トランスクリプトーム / 農業生産環境

研究成果の概要

野外での日々の微気象環境の変化がイネの水や養分の輸送を担う各種遺伝子群の発現におよぼす影響と、それらの遺伝子の応答性の生理的な役割について調べた。アクアポリン（生体膜の水やCO2輸送を担うたんぱく質）の蒸散要求量の変化に対する発現応答が、栽培方法や生育ステージの違いに関わらず普遍的に観察された。また葉に発現している約半数の遺伝子の発現量が、蒸散要求量に応じて変化していることが示された。イネの水利用効率の品種や大気CO2濃度に対する変化や、土壌水分の低下によるイネの生理応答の解析から、微気象環境の変化に対する遺伝子の発現応答が、植物の生育戦略上で重要な役割を持っている可能性が示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

植物の生育は多数の遺伝子によって調整されているが、植物が生育する野外では、光環境や気温・湿度、地温などの複数の環境がさまざまな時間スケールで複雑に変化する。野外で生育してるイネを対象として、水や養分の輸送を担う各種遺伝子の状態と生育状態の変化を調べたところ、イネは日々の蒸散要求量や土壌水分などの微気象環境の変化に応じて、それら遺伝子の発現量をダイナミックに変化させ、自らの水輸送や養分吸収、光合成などの機能を柔軟に調節している可能性が示された。これは植物の生存戦略において重要な調節機能であり、気候変動下における作物の安定生産技術を構築する上で役立つ基礎的な知見である。

研究成果

• [雑誌論文] 熱やCO2 の輸送を介した植生 : 大気境界層の相互作用に関する研究動向 (2019)
  • 著者名/発表者名: IKAWA Hiroki
  • 雑誌名: 低温科学 巻: 77 ページ: 1-15
  • DOI: 10.14943/lowtemsci.77.1
  • NAID: 120006628718
  • ISSN: 1880-7593
  • 年月日: 2019-03-20
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 水田群落微気象モデルの概要と農学分野への応用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 桑形恒男，伊川浩樹，丸山篤志，小野圭介，吉本真由美，石田祐宣，渡辺力
  • 雑誌名: 低温科学 巻: 77 ページ: 125-136
  • DOI: 10.14943/lowtemsci.77.125
  • NAID: 120006628730
  • ISSN: 1880-7593
  • 年月日: 2019-03-20
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 高度な農地水管理のための水田水温シミュレーション (2019)
  • 著者名/発表者名: 丸山篤志，石田祐宣，桑形恒男，渡辺力
  • 雑誌名: 低温科学 巻: 77 ページ: 137-144
  • DOI: 10.14943/lowtemsci.77.137
  • NAID: 120006628731
  • ISSN: 1880-7593
  • 年月日: 2019-03-20
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] High mesophyll conductance in the high-yielding rice cultivar Takanari quantified with the combined gas exchange and chlorophyll fluorescence measurements under free-air CO2 enrichment (2019)
  • 著者名/発表者名: Ikawa, H., Sakai, H., Chen, C.P., Soong, T.H., Yonemura, S., Taniguchi, Y.,Yoshimoto, M., Tokida, T., Zhang, G., Kuwagata, T., Nakamura, H., Avenson,T., and Hasegawa, T.
  • 雑誌名: Plant Production Science 巻: 22 号: 3 ページ: 395-406
  • DOI: 10.1080/1343943x.2019.1626253
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effective methods for practical application of gene expression analysis in field-grown rice roots (2018)
  • 著者名/発表者名: Maya Matsunami, Hidehiro Hayashi, Yoko Tominaga, Yoshiaki Nagamura, Mari Murai-Hatano, Junko Ishikawa-Sakurai, Tsuneo Kuwagata
  • 雑誌名: Plant and Soil 巻: 433 号: 1-2 ページ: 173-187
  • DOI: 10.1007/s11104-018-3834-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of local land cover on meteorological conditions in farmland: Case study of a rice paddy field near Tsukuba City, Japan (2018)
  • 著者名/発表者名: KUWAGATA Tsuneo、HAGINOYA Shigenori、ONO Keisuke、ISHIGOOKA Yasushi、MIYATA Akira
  • 雑誌名: 農業気象 巻: 74 号: 4 ページ: 140-153
  • DOI: 10.2480/agrmet.D-18-00018
  • NAID: 130007496544
  • ISSN: 0021-8588, 1881-0136
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Increasing canopy photosynthesis in rice can be achieved without a large increase in water use-a model based on free-air CO2 enrichment (2018)
  • 著者名/発表者名: Ikawa, H., Chen, C.P., Sikma, M., Yoshimoto, M., Sakai, H., Tokida, T., Usui, Y., Nakamura, H., Ono, K., Maruyama, M., Watanabe, T., Kuwagata, T., and Hasegawa, T.
  • 雑誌名: Global Change Biology 巻: 24 号: 3 ページ: 1321-1341
  • DOI: 10.1111/gcb.13981
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Taking account of water temperature effects on phenology improves the estimation of rice heading dates: Evidence from 758 field observations across Japan (2017)
  • 著者名/発表者名: Fukui S., Ishigooka Y., Kuwagata T., Kondo M., and Hasegawa T.
  • 雑誌名: 農業気象 巻: 73 号: 3 ページ: 84-91
  • DOI: 10.2480/agrmet.D-16-00018
  • NAID: 130005797420
  • ISSN: 0021-8588, 1881-0136
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Evapotranspiration in a rice paddy field over 13 crop years (2017)
  • 著者名/発表者名: Ikawa H., Ono K., Mano M., Kobayashi K., Takimoto T., Kuwagata T., and Miyata A.
  • 雑誌名: 農業気象 巻: 73 号: 3 ページ: 109-118
  • DOI: 10.2480/agrmet.D-16-00011
  • NAID: 130005797425
  • ISSN: 0021-8588, 1881-0136
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] イネにおけるアクアポリンの機能と環境応答 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石川(櫻井)淳子, 羽田野麻理, 林秀洋, 松波麻耶, 桑形恒男
  • 雑誌名: 根の研究 巻: 26(3) ページ: 39-55
  • NAID: 130006072896
  • 査読あり
• [学会発表] Characteristics and monitoring of local climate in rice paddy area of Japan (2020)
  • 著者名/発表者名: Tsuneo Kuwagata, Yasushi Ishigooka Shigenori Haginoya Hiroki Ikawa, Keisuke Ono, Mayumi Yoshimoto, Minehiko Fukuoka, Motoki Nishimori, Toshihiro Hasegawa, Yasuhiro Usui, and Akira Miyata
  • 学会等名: 49th Asia Pacific Advanced Network (APAN) Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 蒸散要求量はイネのトランスクリプトームを制御する重要な微気象要因である (2020)
  • 著者名/発表者名: 桑形恒男、石田祐宣、羽田野（村井）麻理、松波麻耶、照井慎吾、永野惇
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 土壌の酸化還元状態に対する応答性のイネ品種間差異の解明 (2020)
  • 著者名/発表者名: 平松秀一、杉浦大輔、永野惇、近藤始彦
  • 学会等名: 日本作物学会第249回講演会
• [学会発表] Characteristics of local climate in rice paddy area of Japan (2019)
  • 著者名/発表者名: Tsuneo Kuwagata, Yasushi Ishigooka Shigenori Haginoya Hiroki Ikawa, Keisuke Ono, Mayumi Yoshimoto, Minehiko Fukuoka, Motoki Nishimori, Toshihiro Hasegawa, Yasuhiro Usui, and Akira Miyata
  • 学会等名: AgMIP-East Asia and Climate Smart Agriculture Symposium & The 6th Symposium on the Development and Application of Agricultural System Models in China
  • 国際学会
• [学会発表] Mining physiological and phenological traits to increase water use efficiency of a high-yielding rice cultivar using a crop growth model (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Ikawa, Keisuke Ono, Akira Miyata, Yasushi Ishigooka, Tsuneo Kuwagata, Tsutomu Watanabe, Motoki Nishimori, Hidemitsu Sakai, Charles P. Chen, Mayumi Yoshimoto, Takeshi Tokida, Hirofumi Nakamura, Hitomi Wakatsuki, and Toshihiro Hasegawa
  • 学会等名: gMIP-East Asia and Climate Smart Agriculture Symposium & The 6th Symposium on the Development and Application of Agricultural System Models in China
  • 国際学会
• [学会発表] Rice quality analysis using the Crop Survey database of Japan for climate impact assessment (2019)
  • 著者名/発表者名: Nishimori, M., Ishiooka, Y., Kuwagata T., Wakatsuki, H., and Hasegawa, T.
  • 学会等名: 3rd Agriculture and Climate Change Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Field-scale productivity and water use of a high-yielding rice cultivar (2019)
  • 著者名/発表者名: Ono, K., and Ikawa, H.
  • 学会等名: International Symposium on Agricultural Meteorology 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Simple physical-based model of transpiration and water uptake of plants for physio-ecological study (2019)
  • 著者名/発表者名: 桑形恒男、伊川浩樹
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 農耕地における土壌温度・水分推定システムのプロトタイピング (2019)
  • 著者名/発表者名: 滝本貴弘、高田裕介、桑形恒男
  • 学会等名: 日本農業気象学会2019年全国大会
• [学会発表] Modeling of energy exchange and water temperature for paddy fields with variable water depth and surface roughness (2018)
  • 著者名/発表者名: Maruyama, A. Nemoto, M., Hamasaku, T., Ishida, S., and Kuwagata, T.
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] 還元的根圏環境に対する応答性のイネ品種間差 (2018)
  • 著者名/発表者名: 平松秀一、杉浦大輔、近藤始彦
  • 学会等名: 日本作物学会第246回講演会
• [学会発表] Rice production, water use, and atmospheric feedbacks (2018)
  • 著者名/発表者名: Ikawa, H.
  • 学会等名: International Symposium on Agricultural Meteorology 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Influence of local land cover to the meteorological conditions in farmland -Case Study for rice paddy field near Tsukuba City in Japan- (2018)
  • 著者名/発表者名: Kuwagata, T., Haginoya, S., Ono, K., and Ishigooka, Y.
  • 学会等名: International Symposium on Agricultural Meteorology 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Differences of canopy environment and stomatal conductance in sugar beet (Beta vulgaris) (2018)
  • 著者名/発表者名: Usui, Y., Hirota, T., Kuwagata, T., Taniguchi, K., and Hirafuji, M.
  • 学会等名: International Symposium on Agricultural Meteorology 2018
  • 国際学会
• [学会発表] 野外群落環境における水稲根の水と窒素の吸収に関連する遺伝子の発現動態 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松波麻耶，羽田野麻理，林秀洋，桑形恒男，石川淳子
  • 学会等名: 日本作物学会第245回講演会
• [学会発表] 異なる水稲品種による群落が大気の熱環境に及ぼす影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 伊川浩樹，桑形恒男
  • 学会等名: 日本気象学会2017年度秋季大会