Deciphering the molecular mechanisms involved in growth and yield in Rice plants exposed to Volatile Compounds (VCs)

破译暴露于挥发性化合物 (VC) 的水稻植株生长和产量的分子机制

• 批准号: 20K15425
• 负责人: Baslam Marouane
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Niigata University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K15425/
• 关键词: バイオスティミュラント; 持続可能な農; ミクロビオーム; 微生物の生物活性化合; 分子生物学; 代謝工学; 持続可能な農業; 微生物の生物活性化合物; 作物生産; 植物と微生物の相互作用; 揮発性化合物; 植物ー微生物相互作用; オミックス; イネ; 持続可能農業

微生物は多様な揮発性化合物（mVCs）を合成し、植物と微生物の有益な相互作用の重要なメディエーターとして機能している。これまでの研究から、mVCsが微生物自身の成長を調整しつつ、植物の生理学的およびホルモン経路を調節して、光合成と糖の蓄積を促進し、根の体積、葉の大きさ、葉と花の数を増やし、果実や種子の生産量を増加させることができることを明らかにした。これらの知見から、mVCは植物生産システムにおける重要なバイオテクノロジー資源と位置付けられる。本研究では、(1) 麹菌Aspergillus oryzae が放出する揮発性有機化合物のブレンド、または異なる濃度の合成化合物を個々に曝露したシロイヌナズナとイネの成長および発達に及ぼすmVCsの影響、および (2) mVCs による植物成長促進のメカニズムについて生理・分子的手法を用いて研究した。その結果、A. oryzae による植物生長促進機構に mVCs が関与している可能性を確認した。また、有意な植物成長促進作用を示す8つの単一揮発性物質を同定し、その作用は揮発性物質の濃度依存的であった。マイクロアレイ解析の結果、これらの揮発性物質がオーキシン、サイトカイニン、エキスパンシンが関与する植物ホルモンシグナルを調節することが明らかとなった。これらの結果は、A. oryzae由来のmVCsが植物の成長を調節する原動力となり、新しいバイオ刺激剤として、また化学肥料に代わる持続可能な代替物として、農園芸作物にうまく利用できることを示している。本年度は、新潟大学農学部特任助教として在職し、研究課題を実施できたのは4月から6月までの3ヶ月間のみであり、進展させることはできなかったが、学術論文などの執筆を行い、発表した。

微生物合成了多种挥发性化合物（MVC），并充当植物与微生物之间有益相互作用的重要介体。先前的研究表明，MVC可以调节微生物本身的生长，同时还可以调节植物中的生理和荷尔蒙途径，从而促进光合作用和糖的积累，增加根体积，叶子大小，叶子和花朵的数量，叶子和花朵，以及增加水果和果实和种子。这些发现表明，MVC是植物生产系统中的关键生物技术资源。在这项研究中，我们调查了（1）MVC对拟南芥和大米的生长和发展的影响，这些影响分别暴露于由Koji Mold sold Aspergillus oryzae释放出的挥发性有机化合物的混合物，或不同浓度的合成化合物，以及使用MVC促进植物生长的机制。结果，我们证实了MVC可能与A. oryzae参与植物生长机制的可能性。此外，确定了八种表现出明显的植物生长促进作用的单挥发性物质，其作用取决于挥发性物质的浓度。微阵列分析表明，这些挥发物调节涉及生长素，细胞分裂素和膨胀蛋白的植物激素信号。这些结果表明，来自A. oryzae的MVC是植物生长的驱动力，可以成功地用于农业和园艺作物中，作为新的生物刺激剂，也可以作为化学肥料的可持续替代品。今年，我被任命为尼加塔大学农业学院的特别助理教授，从4月至6月，我只能执行我的研究主题，尽管无法取得进步，但我写了并介绍了学术报纸和其他文章。

项目成果

Aspergillus oryzaeの揮発性物質はデンプンの蓄積を誘発し、植物の成長を促進する

米曲霉挥发物诱导淀粉积累并促进植物生长

• 发表时间: 2020
• 期刊: 応用糖質科学 (Bulletin of Applied Glycoscience)
• 作者: BASLAM Marouane;南保沙帆;梅谷勇輝;新倉充孝;三ツ井敏明
• 通讯作者: 三ツ井敏明

Microbial volatiles induce accumulation of starch and promote plant growth

微生物挥发物诱导淀粉积累并促进植物生长

• 发表时间: 2021
• 作者: Marouane Baslam;Saho Nambo;Yuki Umetani;Mitsutaka Niikura;Toshiaki Mitsui,
• 通讯作者: Toshiaki Mitsui,

[Mini Review] Microbial Volatile-mediated Plant Growth, Fitness, and Health Promotion

[小评论]微生物挥发物介导的植物生长、健身和健康促进

• DOI: 10.5458/bag.12.3_165
• 发表时间: 2022
• 期刊: Bulletin of Applied Glycoscience
• 作者: Baslam Marouane;Aycan Murat;Mitsui Toshiaki
• 通讯作者: Mitsui Toshiaki

Multi-omics reveal mechanisms of rice to microbial VolatileCompounds (VCs) exposure in a changing climate

多组学揭示气候变化下水稻接触微生物挥发性化合物 (VC) 的机制

• 发表时间: 2021
• 作者: Marouane Baslam;Murat Aycan;Edurne Baroja-Fernandez;Francisco Jos; Munoz;Angela Maria Sanchez-Lopez;Nuria De Diego;Karel Dolezal;Mohammad-Reza Hajirezaei;Kimiko Itoh,Javier Pozueta-Romero;Toshiaki Mitsui
• 通讯作者: Toshiaki Mitsui

Towards a Multi-Approach Study Focused on Improving Resource Use Efficiency in Rice Under Climate Change.

开展以提高气候变化下水稻资源利用效率为重点的多方法研究。

• 发表时间: 2021
• 作者: Baslam M;Murat Aycan;Nene Furukawa;Toshihiro Nagamori;Jose Luis Araus;Bertrand Gakiere;Eckart Priesack;Iker Aranjuelo;Toshiaki Mitsui
• 通讯作者: Toshiaki Mitsui