| 研究課題/領域番号 |
15KT0122
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| 研究機関 | 関西学院大学 |
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研究代表者 |
武田 直也 関西学院大学, 理工学部, 准教授 (60571081)
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| 研究期間 (年度) |
2015-07-10 – 2019-03-31
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| キーワード | 植物微生物相互作用 / 共生 / アーバスキュラー菌根菌 / 根粒菌 |
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| 研究実績の概要 |
現在、日本では食料自給率の改善が急務とされ、また世界的な植物バイオマスの利用価値への注目から農業生産性の向上が望まれている。現代農法では過剰な化成肥料・農薬の添加によりその生産性を維持しているが、持続的な農業の発展のためには化成肥料・農薬の使用量の低減が可能となる環境低負荷型の農業スタイルの確立が不可欠となる。植物と菌根菌・根粒菌との菌根共生・根粒共生はリンや窒素などの栄養を供給することで宿主植物の生育の大きな恩恵をもたらす。この共生の成立過程は宿主植物、共生菌の共生因子により制御されているが、外部の温度・湿度・栄養状態などの環境因子によっても大きく影響を受けるため、宿主への生育促進効果も不安定なものとなってしまう。本研究では共生菌の感染能と生育促進効果をもつ物質の探索と解析を行い、それらの物質を添加することによって共生能の向上と安定制御を行うことを目的とした。
本研究課題において行ったトランスクリプトーム解析、メタボローム解析により得られた情報から、アーバスキュラー菌根（AM）共生、根粒共生に影響を与えうる物質候補を同定した。これらの物質の共生への作用について、AM菌への添加による菌糸伸長や分岐への影響を指標に評価を行っている。また、その評価法の確立として、画像解析ソフトを用いた簡易的な菌糸の数値化を行った。この方法によって客観的なデータの取得や統計的な評価が可能となり、候補物質の選定に役立てた。植物体への共生菌への感染向上効果についても、物質添加により検証し、感染を促進する効果がみられるいくつかの物質が同定できた。今後はモデル植物だけでなく、作物への影響などを調べるため、共生促進効果が見られた物質についてダイズでの検証も開始している。
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| 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
これまでに行った共生状態にある植物体や共生変異体を用いたトランスクリプトーム解析により同定したプロテアーゼインヒビター遺伝子Serpinの機能解析を行い、この遺伝子の過剰発現により、根粒共生能の向上効果がみられる可能性を示唆できた。そのため、CRISPR/Cas9によるSerpinの遺伝子破壊を行っている。
また、29年度に行ったメタボローム解析によって、AM菌の胞子中に蓄積された物質の同定を行った。AM菌はいくつかの代謝産物を宿主植物に依存しており、この代謝経路が欠損していることが知られている。胞子中には欠損が知られている物質として、チアミンや脂肪酸が胞子中に蓄積していることが分かっており、他の胞子蓄積物質も代謝の欠損や不足を補う機能を持つ可能性が示唆された。そのため、この代謝産物を候補物質として、AM菌に幾つかの物質を添加し、菌糸の伸長や宿主植物への感染過程への影響の解析を行った。この際、客観的なデータを取得するため、AM菌菌糸の定量法の確立を試み、画像解析ソフトImageJを用いた簡易的な菌糸の定量法の確立に成功した。この方法を用いて、候補物質の菌糸伸長への影響を数値化、定量化することが可能となり、また統計的な処理により客観的な作用の判定を行うことができるようになった。現在、これらの方法を用いて、胞子中に蓄積が見られたグルタチオン関連物質において菌糸伸長の促進効果が見られた。また、脂肪酸の代謝を促進するカルニチンにおいても菌糸の伸長を促進する効果があることが推定され、当初の目的であった共生促進物質の同定が順調に成功している。
トランスクリプトーム解析、メタボローム解析によって同定したそのほかの候補物質についても順次解析を行っている。
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| 今後の研究の推進方策 |
プロテアーゼインヒビター遺伝子Serpinの根粒共生における機能解析を引き続き行い、プロテアーゼ阻害剤によって同様の効果が得られるかを検証する。とくにCRISPR/Cas9システムによる遺伝子破壊株の取得により、根粒共生において果たす機能を明らかにすることができると期待している。また、根粒共生とAM共生の制御機構は共通する機構が多く存在することから、AM共生における機能解析も行い、共生制御機構の解明と応用・利用範囲の拡大の可能性を検証する。これらの基礎的な研究成果の発表を行うとともに、共生促進剤としてのプロテアーゼ阻害剤の利用の可能性を探索する。この実験ではプロテアーゼ阻害剤の植物への添加による感染向上とその生育促進効果について検証する。
他の共生促進能をもつ候補物質の試験の1つとして、AM菌胞子中での蓄積が直接みられた物質ではないが、他の近縁の糸状菌より同定された植物生育促進物質であるFairy化合物の添加実験を開始する。この物質は、芝生などでサークル上に植物の生育が促進され、その後キノコの生育がみられる現象「Fairy ring」を誘導する物質として、担子菌類より同定された物質である。この生合成は核酸から誘導体と考えられるが、核酸はAM菌胞子中で蓄積が確認される物質であり、核酸供給の効果やそのほかの生理作用を及ぼすことを期待して、AM菌への添加効果の検証を行う。
現在、地元の農家、JAの協力により、実際のダイズ畑における共生促進剤の効果を検証するための圃場試験の準備を進めている。実験室内で共生促進効果が見られた物質について、今後、圃場試験での調査を行っていく予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
29年度に所属機関を異動したため、当初購入予定であった機器の購入を見送り、代わりに不足する機器の購入に充てる予定である。現在、機器の仕様の検討や見積もりを行っており、速やかにこの購入を進める。
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