2021 Fiscal Year Annual Research Report

遺伝型・表現型が支配する水稲根圏の微生物食物連鎖構造と機能

Research Project

Project/Area Number	20H02887
Research Institution	Nagoya University
Principal Investigator	村瀬潤名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (30285241)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	中園幹生名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (70282697) 土井一行名古屋大学, 生命農学研究科, 准教授 (80315134) 西内俊策名古屋大学, 生命農学研究科, 助教 (30726980)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	水稲 / 根圏 / マイクロバイオーム / GWAS / HTS / 窒素固定
Outline of Annual Research Achievements	前年度に引き続き、名古屋大学大学院生命農学研究科附属フィールド科学教育研究センター東郷フィールドの通常施肥水田および長期無施用水田においてジャポニカイネ120品種の栽培試験を行い、栽培1カ月後、出穂期、出穂2週間後、収穫期において地上部の形質調査を行った。前年度と本年度の地上部形質と120品種の遺伝形質との関係をGWASにて解析した結果、分げつ数や退化穎花率と複数の候補遺伝子との関連が示された。昨年度のイネ栽培試験における栽培1カ月後の根試料の原核微生物群集、真核微生物群集のアンプリコンシークエンスデータを全て取得した。原核微生物群集の主座標分析によって、すべての品種において施肥条件により根圏微生物叢が大きく変化することが明らかとなった。また、品種間でも根圏微生物叢に差が認めらた。主座標分析における主座標得点とイネ品種の遺伝型との関係をGWASにて解析し、微生物叢の違いと関連のある候補遺伝子が複数検出された。そのうちオーキシンの生合成に関わると考えられる遺伝子が低施肥条件における分げつ数の違いと関係していることが示された。 3つの異なる分類群の水田土壌（グライ土、灰色低地土、黄色土）を用いて、施肥応答や到穂日数に基づく異なる表現型を示すイネ４品種を施肥および無施肥条件下でポット栽培した。土壌の違いによって施肥がイネの生育に及ぼす効果は異なっており、また、その効果はイネの品種によっても異なっていた。1カ月間の栽培の後、根圏微生物叢解析のために根試料を回収した。無施肥条件で重要な役割を果たすと想定される根圏窒素固定細菌群集のイネ品種や施肥条件による違いを明らかにするため、nifH遺伝子およびそのmRNAを対象とした分子生物学的解析手法の再検討を行った。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason イネ根圏微生物叢が施肥条件および品種によって異なることを明らかにすることができた。また、GWASによって、イネの遺伝形質と根圏微生物叢との関係や根圏微生物叢との関連を示すイネの遺伝子と地上部形質と関係を示唆する結果が得られたことから、本研究課題の主目的である、イネの表現型、遺伝型と根圏微生物叢との関係の一端を示すことができたと考えられる。一方で、今回は原核微生物（細菌・古細菌）叢との関係について解析を進めたが、真核微生物叢とイネの遺伝形質、表現形質との関係や、真核微生物叢と原核微生物叢との関係については今後解析を進める必要がある。また、栽培1カ月後（栄養成長期）のみならず出穂後（生殖成長期）の微生物叢についても同様の解析を進め、さらに根圏微生物叢について栽培年度の違いの有無を解析し、得られた結果の頑健性を検証する必要がある。窒素固定細菌群集の分子生物学的解析手法を再検討し、アンプリコンシークエンスや定量PCRの方法を定めることができた。今後窒素固定活性を測定した根試料の窒素固定細菌群集の構成やmRNAの発現を明らかにする予定である。
Strategy for Future Research Activity	初年度、2年目の栽培試験によって得られたイネ120品種の根試料の微生物叢の解析をさらに進め、生育時期（栄養成長期、生殖成長期）や栽培年度の違いとイネの遺伝形質、地上部形質との関係を明らかにする。また、根圏における原核微生物群集と真核微生物群集との関係を解析する。特に本研究課題のターゲットである捕食性原生生物群集と原核生物叢やイネの遺伝形質・表現形質との関係に注目して解析を進める。異なる土壌で栽培したイネの根圏微生物叢を解析し、イネの遺伝型・表現型とともに土壌型が根圏微生物に及ぼす影響を明らかにする。捕食性原生生物が根圏細菌・古細菌群集の形成やイネの生育に及ぼす影響について複数の土壌を用いた室内モデル実験で検証する。