アルミニウム集積木本植物におけるアルミニウム集積機構および耐性機構の新たな展開

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H04465
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 渡部 敏裕 北海道大学, 農学研究院, 准教授 (60360939)
• 研究分担者: 和崎 淳 広島大学, 生物圏科学研究科, 教授 (00374728) ; 平舘 俊太郎 九州大学, 農学研究院, 教授 (60354099)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: アルミニウム耐性 / アルミニウム集積植物 / 酸性土壌

研究実績の概要

【研究1】アルミニウム処理がアルミニウム集積木本植物体内の物質動態と遺伝子発現に与える影響を明らかにする
3日間0.5 mM AlCl3で処理した時に起こる遺伝子発現変動をRNA-seqによるトランスクリプトーム解析により調べ、得られた結果に関してGO解析を行った。アルミニウム（Al）により発現が上昇する遺伝子に関しては、Molecular functionとして根ではtransporter activityに関する遺伝子の上昇が、葉ではribonucleotide bindingやcarbohydrate derivative bindingに関する遺伝子の上昇がみられた。短期間のAl処理であるため葉におけるAl含有率は260 mg kg-1で葉の最大蓄積可能含有率の1/40程度と低い値だったが、Biological processとして葉でストレス/刺激応答に関する多くの遺伝子に発現上昇がみられた一方、根ではそれらの変動は小さかった。また、葉ではリグニン合成に関わる遺伝子がAlにより発現が低下する傾向がみられ、AlがMelastomaの酸化ストレスを軽減するという生理学的な実験結果と一致する結果が得られた。
【研究2】Al集積木本植物のAl吸収・輸送能力の源を明らかにする
昨年度、擬似xylem sapを形態の異なるAlと共に茎から吸わせた場合、Al-リンゴ酸ではAl-シュウ酸が葉では生成せず、Al-クエン酸で吸わせた場合のみAl-シュウ酸が生成することを明らかにした。そこで、これらの現象に遺伝子発現がどのように関わるかを調査するために擬似xylem sapによる試験を同様に行った。現在、遺伝子発現解析を実施中であり、葉におけるAlの分配等に関わる遺伝子が見つかることが予想される。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] ウルム大学(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: ウルム大学
• [雑誌論文] Dark conditions enhance aluminum tolerance in several rice cultivars via multiple modulations of membrane sterols (2018)
  • 著者名/発表者名: Tadao Wagatsuma, Eriko Maejima, Toshihiro Watanabe, Tomonobu Toyomasu, Masaharu Kuroda, Toshiya Muranaka, Kiyoshi Ohyama, Akifumi Ishikawa, Masami Usui, Khan Shahadat Hossain, Hayato Maruyama, Keitaro Tawaraya, Yuriko Kobayashi, Hiroyuki Koyama
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 巻: 69 ページ: 567-577
  • DOI: 10.1093/jxb/erx414
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Distribution and stress tolerance of Fimbristylis dichotoma subsp. podocarpa (Cyperaceae) growing in highly acidic solfatara fields (2018)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Yamamoto, Jun Wasaki, Yuichi Funatsu, Takayuki Nakatsubo
  • 雑誌名: Ecological Research 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1007/s11284-018-1605-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of genomic regions associated with low phosphorus tolerance in japonica rice (Oryza sativa L.) by QTL-Seq (2018)
  • 著者名/発表者名: Sho Nishida, D. M. S. B Dissanayaka, Soichiro Honda, Yoshiko Tateishi, Masaru Chuba,Hayato Maruyama, Keitaro Tawaraya, Jun Wasaki
  • 雑誌名: Soil Science and Plant Nutrition 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1080/00380768.2017.1412238
  • 査読あり
• [雑誌論文] Organ-specific allocation pattern of acquired phosphorus and dry matter in two rice genotypes with contrasting tolerance to phosphorus deficiency (2018)
  • 著者名/発表者名: D. M. S. B Dissanayaka, Sho Nishida, Keitaro Tawaraya, Jun Wasaki
  • 雑誌名: Soil Science and Plant Nutrition 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1080/00380768.2018.1436941
  • 査読あり
• [雑誌論文] Concentration of some trace elements in two wild edible ferns, Diplazium esculentum and Stenochlaena palutris, inhabiting tropical peatlands under different environments in Central Kalimantan (2017)
  • 著者名/発表者名: Della Rahmawati, C. Hanny Wijaya, Yasuyuki Hashidoko, Gunawan Djajakirana, Akira Haraguchi, Toshihiro Watanabe, Kanta Kuramochi, Yanetri Asi Nion
  • 雑誌名: Eurasian Journal of Forest Research 巻: 20 ページ: 11-20
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The evolution of aluminum accumulation in ferns and lycophytes (2017)
  • 著者名/発表者名: Marco Schmitt, Klaus Mehltreter, Michael Sundue, Weston Testo, Toshihiro Watanabe, Steven Jansen
  • 雑誌名: Journal of American Botany 巻: 104 ページ: 573-583
  • DOI: 10.3732/ajb.1600381
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Contrasting effects of cattle manure applications and root-induced changes on heavy metals dynamics in the rhizosphere of soybean in an acidic Haplic Fluvisol: A chronological pot experiment (2017)
  • 著者名/発表者名: Qingnan Chu, Zhimin Sha, Mitsuru Osaki, Toshihiro Watanabe
  • 雑誌名: Journal of Agricultural and Food Chemistry 巻: 65 ページ: 3085-3095
  • DOI: 10.1021/acs.jafc.6b05813
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Properties of mineral accumulation of solfatara plants in western Japan (2018)
  • 著者名/発表者名: Jun Wasaki, Akihiro Yamamoto, Takako Saito, Hiromi Tsubota, Toshihiro Watanabe, Takayuki Nakatsubo
  • 学会等名: 10th International Symposium on ‘Plant-Soil Interactions at Low pH’
  • 国際学会
• [学会発表] Transcriptome analysis of Melastoma malabathricum under aluminum stress (2018)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Watanabe, Sho Nishida, Hayato Maruyama, Kensuke Yoshii, Jun Wasaki
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Pursuit for mechanisms responsible for the induction of tomato fruit blossom-end rot using the introgression line IL8-3 (2018)
  • 著者名/発表者名: Ryotaro Watanabe, Ryota Tomizaki, Hayato Maruyama, Yoshinori Kanayama, Toshihiro Watanabe
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Molybdenum accumulation in wheat grown under nitrogen deficiency (2018)
  • 著者名/発表者名: Soyoka Tokunaga, Hayato Maruyama Ryosuke Okada, Toshihiro Watanabe
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] The mechanism of acid tolerance of Lycopodium cernuum L. grown in solfatara fields (2017)
  • 著者名/発表者名: Takako Saito, Toshihiro Watanabe, Takayuki Nakatsubo, Jun Wasaki
  • 学会等名: Taiwan-Japan Plant Biology 2017
  • 国際学会
• [学会発表] 土壌難利用性リン可給化におけるルーピン根分泌性酸性ホスファターゼLASAP2と有機酸の相乗効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 古谷 浩章, 丸山 隼人, 渡部 敏裕, 和崎 淳
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2017年度仙台大会
• [学会発表] トマトの染色体断片置換系統を用いた尻腐れ果抑制に関する研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 富崎亮太, 前島恵理子, 丸山隼人, 渡邊涼太郎, 金山喜則, 渡部敏裕
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2017年度仙台大会
• [学会発表] クラスター根を形成するルーピンとヤマモガシ科植物の低リン環境下での生理応答の比較 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岡村惟史, 花城清俊, 丸山隼人, 俵谷圭太郎, 渡部敏裕, 坪田博美, 和崎淳
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2017年度仙台大会
• [備考] T. Watanabe
  • URL: http://www.geocities.jp/watanabe1209/