根粒根圏土壌微生物相の群集構造解析によるマメ科作物の連作障害発生機構の解明

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22580074
• 研究機関: 独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構
• 研究代表者: 池田 成志 独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構, 北海道農業研究センター大規模畑作研究領域, 主任研究員 (20396609)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: マメ科 / 土壌微生物 / 根圏 / 細菌 / 糸状菌 / 真核微生物 / 連作障害 / 根粒

研究実績の概要

連作障害では、根圏における細菌類の菌数や多様性の重要性が指摘されている。そこで、根粒着生量の異なるダイズ変異体を3年間連作し、4年目のインゲンの根圏土壌の微生物多様性に及ぼす影響について検討した。ダイズ根粒着生野生型系統（品種エンレイ）、エンレイ由来の根粒着生量の異なる変異体（ダイズ根粒非着生系統（En1282）とダイズ根粒超着生系統（S4））、連作障害の発生程度の異なるインゲン品種（大正金時と姫手亡）の各植物材料について同一の試験区で3年間（2010年～2012年）の連作を実施した。4年目（2013年）に全試験区跡でインゲン（品種姫手亡）を栽培し、開花期に根圏土壌を採取した。根圏土壌からDNAを抽出し、16S rRNA遺伝子、糸状菌類のrRNA遺伝子領域のITS、真核生物の18S rRNA遺伝子を標的とするプライマーセットを用いて次世代シークエンス解析を行った。得られた配列について、クラスタリング解析、多変量解析、系統分布等について検討を行い、異なる根粒形成量のダイズの連作が連作跡に栽培されたインゲンの根圏土壌微生物相に及ぼす影響を評価した。PCoA解析の結果から、4年連作したインゲン根圏に対する根圏細菌群集の類似度はEn1282、エンレイ、S4の順に低下し、En1282の連作はインゲンに似た土壌細菌相を形成することが示唆された。糸状菌類の多様性解析の結果からは、Mortierella elongataの類縁菌がエンレイ跡と、特にS4跡のインゲン根圏土壌で高い割合を示し、根粒のバイオマスがM. elongataに強い影響を与えることが示唆された。前作の連作ダイズの根粒形成量が後作のインゲン根圏土壌に対する 影響は18S rRNA遺伝子による真核微生物の群集構造解析では観察されなかったことから、線虫類がインゲンの連作障害の主要原因であることを示唆する結果は得られなかった。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Bacterial community shifts associated with high abundance of Rhizobium spp. in potato roots under macronutrient-deficient conditions (2015)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Unno, Takuro Shinano, Kiwamu Minamisawa, Seishi Ikeda
  • 雑誌名: Soil Biology & Biochemistry 巻: 80 ページ: 232-236
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.soilbio.2014.10.002
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Elevated atmospheric CO2 levels affect community structure of rice root-associated bacteria (2015)
  • 著者名/発表者名: Takashi Okubo, Dongyan Liu, Hirohito Tsurumaru, Seishi Ikeda, Susumu Asakawa, Takeshi Tokida, Kanako Tago, Masahito Hayatsu, NaohiroAoki, KenIshimaru, Kazuhiro Ujiie, Yasuhiro Usui, Hirofumi Nakamura, Hidemitsu Sakai, Kentaro Hayashi, Toshihiro Hasegawa and Kiwamu Minamisawa
  • 雑誌名: fromtiers in Microbiology 巻: 6 ページ: 1-8
  • DOI: 10.3389/fmicb.2015.00136
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Metagenomic analysis of the bacterial community associated with the taproot of sugar beet (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirohito Tsurumaru, Takashi Okubo, Kazuyuki Okazaki, Megumi Hashimoto, Kaori Kakizaki, Eiko Hanzawa, Hiroyuki Takahashi, Noriyuki Asanome, Fukuyo Tanaka, Yasuyo Sekiyama, Seishi Ikeda, and Kimwamu Minamisawa
  • 雑誌名: Microbes and Environments 巻: 30 ページ: 63-69
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME14109
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Characterization of leaf blade- and leaf sheath-associated bacterial communities and assessment of their responses to environmental changes in CO2, temperature, and nitrogen levels under field conditions (2015)
  • 著者名/発表者名: Seishi Ikeda, Takeshi Tokida, Hirofumi Nakamura, Hidemitsu Sakai, Yasuhiro Usui, Takashi Okubo, Kanako Tago, Kentaro Hayashi, Yasuyo Sekiyama, Hiroshi Ono, Satoru Tomita, Masahito Hayatsu, Toshihiro Hasegawa, and Kiwamu Minamisawa
  • 雑誌名: Microbes and Environments 巻: 30 ページ: 51-62
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME14117
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Low nitrogen fertilization adapts rice root microbiome to low nutrient environment by changing biogeochemical functions (2014)
  • 著者名/発表者名: Seishi Ikeda, Kazuhiro Sasaki, Takashi Okubo, Akifumu Yamashita, Kimihiro Terasawa, Zhihua Bao, Dongyan Liu, Takeshi Watanabe, Jun Murase, Susumu Asakawa, Shima Eda, Hisayuki Mitsui, Tadashi Sato, and Kiwamu Minamisawa
  • 雑誌名: Microbes and Environments 巻: 29 ページ: 50-59
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME13110
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] An assessment of the diversity of culturable bacteria from main root of sugar beet (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuyuki Okazaki, Takao Iino, Yosuke Kuroda, Kazunori Taguchi, Hiroyuki Takahashi, Takuji Ohwada, Hiroto Tsurumaru, Takashi Okubo, Kiwamu Minamisawa, and Seishi Ikeda
  • 雑誌名: Microbes and Environments 巻: 29 ページ: 220-223
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME13182
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Phylogeny and functions of bacterial communities associated with field-grown rice shoots (2014)
  • 著者名/発表者名: Takashi Okubo, Seishi Ikeda, Kazuhiro Sasaki, Kenshiro Ohshima, Masahira Hattori, Tadashi Sato, and
  • 雑誌名: Microbes and Environments 巻: 29 ページ: 329-332
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME14077
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] An assessment of urea-formaldehyde fertilizer on the diversity of bacterial communities in onion and sugar beet (2014)
  • 著者名/発表者名: Seishi Ikeda, Keijiro Suzuki, Makoto Kawahara, Masao Noshiro, and Naokazu Takahashi
  • 雑誌名: Microbes and Environments 巻: 29 ページ: 231-234
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME13157
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] 根粒根圏土壌微生物相の群集構造解析によるマメ科作物の連作障害の発生機構の解明 (2014)
  • 著者名/発表者名: 池田成志、臼木一英、南澤 究
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会北海道支部会
  • 発表場所: 札幌市
  • 年月日: 2014-12-03
• [学会発表] 植物共生科学の新展開と農学研究のパラダイムシフト (2014)
  • 著者名/発表者名: 池田成志、南澤究
  • 学会等名: 日本生物工学会
  • 発表場所: 札幌市
  • 年月日: 2014-09-09
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular community analysis for unraveling plant-microbes interactions in arable land (2014)
  • 著者名/発表者名: Seishi Ikeda and Kiwamu Minamisawa
  • 学会等名: the 6th East Asian Federation of Ecological Societies International Congress
  • 発表場所: Haikou, China
  • 年月日: 2014-04-11
  • 招待講演