根圏生態系の季節変動から紐解く二毛作体系の生物学的な持続性

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19KT0011
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 谷 明生 岡山大学, 資源植物科学研究所, 准教授 (00335621)
• 研究分担者: 山本 敏央 岡山大学, 資源植物科学研究所, 教授 (00442830) ; 山地 直樹 岡山大学, 資源植物科学研究所, 准教授 (00444646) ; 山下 純 岡山大学, 資源植物科学研究所, 助教 (20432627) ; 門田 有希 岡山大学, 環境生命科学研究科, 准教授 (30646089) ; 中川 智行 岐阜大学, 応用生物科学部, 教授 (70318179) ; 最相 大輔 岡山大学, 資源植物科学研究所, 准教授 (90325126) ; 持田 恵一 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, チームリーダー (90387960)
• 研究期間 (年度): 2019-07-17 – 2022-03-31
• キーワード: Barley / Double cropping / Microbiome

研究実績の概要

岡山県を含む西南暖地では古くから同じ耕地でイネとムギを栽培する二毛作が営まれている。この二毛作は地力低下や連作障害などの問題に経験的に対処しながら高い土地利用効率を実現してきたが、その持続性の基盤要因は生物学的にはほとんど理解されていない。本研究では四半世紀以上にわたってイネ・オオムギの二毛作体系を継続する研究所の圃場(慣行的施肥区と無施肥区)を二毛作体系の農業生態系モデルとして位置づけ、根圏土壌を中心とした、計測可能な様々な生物及び非生物的な要素の通年定点観測を通じて根圏生態系をデータ化し、複数年のデータセットの比較により持続的生産性に関わる要因を探索することを目的としている。3年間の間、イネとオオムギにおけるアルミニウム耐性の異なる2系統、施肥区と無施肥区において隔週で各6個体ずつサンプリングし、根と根圏土壌、非根圏の土壌を採取して凍結保存し、16S rRNA遺伝子アンプリコン解析に供した。3年間のアンプリコン解析データは2600点に及ぶ。また野生植物の調査、土壌イオン調査、pHと水分の継続的モニタリングを行った。二毛作において根圏微生物叢は毎年再現し、イネ及びオオムギで共通して存在するもの、それぞれの作物特異的に出現するものなどが見いだされている。微生物同士の共出現、作物品種の違い、施肥の違いについては統計的手法でこれから明らかにするところである。
2019年度のオオムギの根のサンプルに特異的に特定の微生物が集積していることを見いだしたため、それらの微生物の分離を試みた。約100株の分離株のうち、根のサンプルにDNA配列で見いだした微生物を分離することが出来た。これら分離株は新規細菌と考えられ、詳細なゲノム情報と表現型の解析を行った。

研究成果

• [学会発表] オオムギ根内生微生物の同定と役割の解明 (2022)
  • 著者名/発表者名: 木代 勝元、最相 大輔、山下 純、山地 直樹、山本 敏央、門田 有希、持田 恵一、中川 智行、谷 明生
  • 学会等名: 日本農芸化学会2022年度大会 京都
• [学会発表] オオムギ根圏の共生微生物の単離と同定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 木代勝元、最相大輔、山下純、山地直樹、山本敏夫、門田有希、持田恵一、中川智行、谷 明生
  • 学会等名: 日本農芸化学会大会 仙台
• [学会発表] オオムギ根から分離された新種細菌Rugamonas sp.の性質 (2021)
  • 著者名/発表者名: 木代勝元, 最相大輔, 山下純, 山地直樹, 山本敏央, 門田有希, 持田恵一, 中川智行, 谷明生
  • 学会等名: 日本農芸化学会西日本・中四国・関西支部合同大会
• [産業財産権] 植物生長促進能を有する細菌及びその分離方法 (2021)
  • 発明者名: 谷 明生、木代勝元、最相大輔、山地直樹、山下純
  • 権利者名: 谷 明生、木代勝元、最相大輔、山地直樹、山下純
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2021-015090