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農業生態系を構築する植物個体と群落を橋渡しする分子機構の解明による環境調和型農業

研究課題

研究課題/領域番号 19K22342
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分41:社会経済農学、農業工学およびその関連分野
研究機関東北大学

研究代表者

渡辺 正夫  東北大学, 生命科学研究科, 教授 (90240522)

研究分担者 南澤 究  東北大学, 生命科学研究科, 教授 (70167667)
牧野 知之  東北大学, 農学研究科, 教授 (60354106)
武田 和哉  大谷大学, 文学部, 教授 (90643081)
研究期間 (年度) 2019-06-28 – 2021-03-31
研究課題ステータス 交付 (2019年度)
配分額 *注記
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2020年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2019年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
キーワードバイオマス / 栽植密度効果 / 植物-根圏相互作用 / 遺伝子発現 / 微量金属イオン動態 / 植物-根圏相互作用
研究開始時の研究の概要

労働集約型農業では、多めに播種し間引きを行う。この間引きは篤農家の経験・伝承・勘に基づいており、科学的根拠に乏しい。一方、植物は幼少期、単独で生長するよりも幾つかの個体での方が生長に有利であり、生育後期に過密による生長低下とは相反する。つまり、成育初期の小群落、間引きの科学的根拠に基づく栽培法の構築は、農業技術へのゲームチェンジングな試みである。本研究では、「疎と密」効果の実態を分子レベルで解明するために、植物の生長に影響を与える、根から分泌される物質、根系微生物との相互作用、土壌中の微量金属イオン動態の調査を行う。さらに、農書からも関連事項を調査し、領域融合的に、実態解明を目指す。

研究実績の概要

現代の労働集約型農業においては、最終的に必要な個体数よりも多めに播種し、間引きを行うことが、通常行われている栽培形式である。この「間引き」は篤農家の経験・伝承・勘に基づいており、どのような科学的根拠があるのかという点について、不明な点が多い。本研究では、栽培環境における「疎と密」効果がどの様なものであるかという実態を分子レベルで解明するために、植物の生長に影響を与える、植物体で生合成され、根から分泌される物質、根系微生物との相互作用、土壌中の微量金属イオン動態の調査を行う。さらに、近現代の農書からもこの「疎と密」に関連する記述事項を調査し、この栽培技術がどの時代から行われていたかについても領域融合的な研究から実態解明を目指す。今年度は春、秋の栽培時期に複数回の圃場栽培実験を行い、栽培密度による「お友達効果」を検出した。また、栽培圃場から土壌、植物体を採取し、土壌微生物、植物体での発現遺伝子、土壌金属を測定する条件を整えた。先行的に実験を展開した、土壌微生物では栽植密度に応答して微生物群落が変化する可能性を見出した。また、栽培土壌からのRNA抽出が困難とされていた根からのtotal RNA抽出の実験系も確立できた。土壌金属については、測定条件を整えた。江戸時代のミズナが栽培されていた当時の農書の分析も開始した。なお、2020年2月から感染拡大した新型コロナウイルスの影響があり、2020年度の栽培開始にも影響が及ぶことが危惧されることから、春作での栽培で計測することを限定し、秋作での栽培実験に力点を於いた実験設計を構築すべきであると考えている。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

栽培にはミズナを用いて、農学部の圃場を実験区として、複数回の圃場栽培実験を行い、栽培密度による「お友達効果」を検出した。最適な時期に栽培した圃場から土壌、植物体を採取し、土壌微生物、植物体での発現遺伝子、土壌金属を測定する条件を整えた。先行的に実験を展開した土壌微生物では栽植密度に応答して微生物群落が変化する可能性を見出した。このことは、栽植密度が微生物叢に影響する可能性があると考えた。また、栽培土壌からのRNA抽出が困難とされていた根からのRNA抽出の実験系もいくつかの実験手法を試すことで確立でき、次年度のトランスクリプトーム解析の準備を行った。合わせて、in silico解析が可能な研究者との連携も行った。土壌金属については、主要元素、微量元素などの測定条件を整備した。江戸時代の農書の分析も開始し、ミズナが栽培されている時期の栽培条件も検討した。以上の点から、概ね順調に推移している。

今後の研究の推進方策

いずれの実験も順調に推移していることから、それぞれの実験で詳細なdataがでたところで、それらを突合して、どの様な因子が相互に連関しているのかを調査できる。また、お友達効果についても、その詳細を確認するために、圃場の整備も準備が整っている。唯一の弊害は、世界的な規模で発生している新型コロナウイルスの蔓延により、本報告書を作成している段階で、各種実験の開始のめどが立っていないことである。ミズナは秋冬作であるが、春にも適期があり、その期間に実験ができないのは、大きな障害である。また、収束にめどが立たないことから、秋作にも影響が出るのではないかと危惧している。

報告書

(1件)
  • 2019 実施状況報告書

研究成果

(16件)

すべて 2019 その他

すべて 国際共同研究 雑誌論文 学会発表 図書 備考

  • [国際共同研究] 順天大学/忠南大学(韓国)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Genetic and tissue-specific RNA-sequencing analysis of self-compatible mutant TSC28 in <i>Brassica rapa</i> L. toward identification of a novel self-incompatibility factor2019

    • 著者名/発表者名
      Osaka, M., Nabemoto, M., Maeda, S., Sakazono, S., Masuko-Suzuki, H., Ito, K., Takada, Y., Kobayashi, I., Lim, Y. P., Nakazono, M., Fujii, S., Murase, K., Takayama, S., Suzuki, G., Suwabe, K., and Watanabe, M.
    • 雑誌名

      Genes & Genetic Systems

      巻: 94 号: 4 ページ: 167-176

    • DOI

      10.1266/ggs.19-00010

    • NAID

      130007697531

    • ISSN
      1341-7568, 1880-5779
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセスとしている / 国際共著/国際学会である
  • [雑誌論文] 科学者自身の手で種をまこう2019

    • 著者名/発表者名
      渡辺正夫
    • 雑誌名

      natureダイジェスト

      巻: 16 ページ: 16-17

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Molecular mechanism of self-incompatibility in Brassicaceae.2019

    • 著者名/発表者名
      Watanabe, M., and Takayama, S.
    • 学会等名
      2019 KSBS & SABRAO International Conference on Plant Breeding for Sustainable Development
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際共著/国際学会である / 招待講演
  • [学会発表] Molecular mechanisms of self-incompatibility in Brassica.2019

    • 著者名/発表者名
      Watanabe, M.
    • 学会等名
      Topic seminar in GSP on Chungnum University
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際共著/国際学会である / 招待講演
  • [学会発表] Genomic structural variation in the self-incompatibility locus causes a transition from outcrossing to selfing in amphidiploid Arabidopsis kamchatica.2019

    • 著者名/発表者名
      Ota, T., Kagaya, Y., Suzuki, G., Watanabe, M., and Suwabe, K.
    • 学会等名
      4th Edition of Global Conference on Plant Science and Molecular Biology
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際共著/国際学会である
  • [学会発表] Morphological aspect and molecular mechanism of Pollen hydration on pollination in Arabidopsis thaliana.2019

    • 著者名/発表者名
      Takada, M., Ota, T., Mizoguchi, Y., Ando, M., Kagaya, Y., Suzuki, G., Watanabe, M., and Suwabe, K.
    • 学会等名
      4th Edition of Global Conference on Plant Science and Molecular Biology
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際共著/国際学会である
  • [学会発表] Old story of collaborative research in Brassica crops between Japan and Korea.2019

    • 著者名/発表者名
      Watanabe, M.
    • 学会等名
      2019 Korea-Japan (NRF-JSPS) Cooperation Program
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際共著/国際学会である / 招待講演
  • [学会発表] 「科学者の卵養成講座」を通じた高大連携教育の実践.2019

    • 著者名/発表者名
      安藤晃, 渡辺正夫, 伊藤 幸博, 久利美和, 中村肇, 下山せいら, 下山武文
    • 学会等名
      日本工学教育協会. 第67回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] トルコ由来花粉を拒絶する種内一側性不和合性の日本産ハクサイにおける遺伝的多様性.2019

    • 著者名/発表者名
      鈴木剛, 高田美信, 三原淳希, 何雨徽, 謝浩林, 尾崎友亮, 高山誠司, 渡辺正夫
    • 学会等名
      園芸学会 令和元年度秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] ハクサイ品種における一側性不和合性遺伝子多型と優性非機能型の柱頭側因子SUI1-102019

    • 著者名/発表者名
      高田美信, 三原淳希, 何雨徽, 謝浩林, 尾崎友亮, 鈴木剛, 高山誠司, 渡辺正夫
    • 学会等名
      日本育種学会 第136回講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Brassica napusを用いた自家不和合性系統と和合性系統の交雑後代における自家不和合性表現型の遺伝学的解析2019

    • 著者名/発表者名
      小川萌菜, 岡本拓実, 岡本美咲, 引地恵梨, 高田美信, 鈴木剛, 高山誠司, 渡辺正夫
    • 学会等名
      日本育種学会 第136回講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Brassica napus で見出したS遺伝子に非依存的な自家不和合性形質の同定2019

    • 著者名/発表者名
      岡本拓実, 岡本美咲, 引地恵梨, 小川萌菜, 高田美信, 鈴木剛, 高山誠司, 渡辺正夫
    • 学会等名
      日本育種学会 第136回講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] おわりに-植物の生殖からみた分子育種-2019

    • 著者名/発表者名
      渡辺正夫
    • 学会等名
      日本遺伝学会第91回ワークショップ
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [図書] 勉誠出版2019

    • 著者名/発表者名
      武田和哉, 渡辺正夫
    • 総ページ数
      240
    • 出版者
      菜の花と人間の文化史--アブラナ科植物の栽培・利用と食文化--
    • ISBN
      9784585227014
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [備考] 東北大学大学院生命科学研究科 植物分子育種分野

    • URL

      http://www.ige.tohoku.ac.jp/prg/watanabe/

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2019-07-04   更新日: 2021-01-27  

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