将来の高ＣＯ２環境を見据えたＲｕｂｉｓｃｏ含量の最適化によるダイズ生産性の向上

预测未来高二氧化碳环境，通过优化 Rubisco 含量来提高大豆生产率

• 批准号: 18J13173
• 负责人: 迫田 和馬
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18J13173/
• 关键词: ダイズ; 光合成; 高CO2; ルビスコ; CO2固定

ダイズ品種エンレイを親品種とする約1500系統から構成される変異体ライブラリーより、ルビスコ小サブユニットをコードする核内遺伝子(GmRbcS; Glyma.20G134660)を機能欠損する変異体系統(Gmrbcs)をスクリーニングした。Gmrbcsおよびエンレイ(野生型系統)を環境制御型温室において大気CO2条件でポット栽培し、個葉のルビスコの含量と活性化率、またガス交換測定に基づき光合成特性を解析した。野生型と比較して、Gmrbcsのルビスコ含量は29.7％低く、活性化率は10.5％高かった。大気CO2条件 (CO2濃度400 ppm) では系統間で光合成速度に差異はみられなかったが、気孔を介したCO2の拡散効率(気孔コンダクタンス)はGmrbcsで低い傾向となり、Gmrbcsの葉内細胞間隙CO2濃度は野生型より有意に低かった。一方、高CO2条件 (CO2濃度1000 ppm) では、系統間で光合成速度、気孔コンダクタンスおよび葉内細胞間隙CO2濃度に明瞭な差異はみられなかった。いずれのCO2条件においても、Gmrbcsのルビスコ当たりの光合成速度は野生型より33％以上高く、また光合成速度の気孔コンダクタンスに対する比として表される水利用効率は18％以上高かった。本研究では、個葉のルビスコ含量が減少したダイズ系統 Gmrbcs の作出に成功した。Gmrbcsではルビスコへの窒素分配量が減少し、他の光合成関連タンパク質への窒素分配量が増加した結果、葉緑体におけるCO2固定の効率が高まり、個葉の窒素利用効率が向上している可能性が示された。またこのことは、Gmrbcsの高い水利用効率にも寄与したと考えられる。よって、本研究は将来的な高CO2環境や乾燥環境において低コストで高い生産性を実現するダイズ品種の育成に資する重要知見を示した。

ダ イ ズ varieties エ ン レ イ を pro varieties と す る about 1500 system か ら constitute さ れ る - variant ラ イ ブ ラ リ ー よ り, ル ビ ス コ small サ ブ ユ ニ ッ ト を コ ー ド す る heritage within the nuclear 伝 child (20 g134660 GmRbcS; Glyma.) を function owe loss す る - variant system (GmRbcS) を ス ク リ ー ニ ン グ し た. Gmrbcs お よ び エ ン レ イ (wild type) を royal type greenhouse environment system に お い て big 気 CO2 condition で ポ ッ し ト cultivation, a leaf の ル ビ ス コ の content と activation rate, ま た ガ ス exchange determination に base づ き photosynthetic characteristics を parsing し た. Compared with the wild type と, the content of と て ビスコ of Gmrbcs is 29.7%, which is lower than く, and the activation rate is 10.5%, which is higher than て った. Big 気 CO2 conditions (CO2 concentration to 400 PPM) で は に で light synthesis speed difference between system は み ら れ な か っ た が, 気 を interface し た CO2 の company, scattered working rate (気 hole コ ン ダ ク タ ン ス) は Gmrbcs で low い tendency と な り, Gmrbcs の leaf intercellular CO2 concentration in は wild-type よ り intentionally に low か っ た. Side, high CO2 condition (CO2 concentration to 1000 PPM) で は, system between で photosynthetic rate, 気 コ ン ダ ク タ ン ス お よ び leaf intercellular CO2 concentration difference な に it within は み ら れ な か っ た. い ず れ の CO2 condition に お い て も, Gmrbcs の ル ビ ス コ when た り の photosynthetic speed は wild-type よ り 33% high く, ま た photosynthetic speed の 気 hole コ ン ダ ク タ ン ス に す seaborne る than と し て table さ れ る water use は sharper rate more than 18% high か っ た. In this study, the Gmrbcs of the が reduction of <s:1> たダ ズ ズ ズ content of individual leaf <s:1> ビスコ were successfully に た た. Gmrbcs で は ル ビ ス コ へ の smothering element allocation amount が reducing し, he の photosynthetic masato even タ ン パ ク qualitative へ の smothering element allocation amount が raised plus し た results, chloroplast に お け could promote behavior rate high が ま る CO2 fixation の り, a leaf の が smothering element using the working rate upward し て い が る possibility in さ れ た. Youdaoplaceholder0 と と と と, Gmrbcs <s:1> high drainage water utilization efficiency に report and たと たと study えられる. よ っ て high CO2 environment, this study は future な や dry environment に お い て low コ ス ト で い high productive を be presently す る ダ イ ズ varieties bred の に endowment す る important knowledge を し た.

项目成果

Stomatal density affects the dynamics of stomatal opening and CO2 assimilation in Arabidopsis under the fluctuating light

波动光下气孔密度影响拟南芥气孔开放和CO2同化动态

• 发表时间: 2019
• 作者: Kazuma Sakoda;Wataru Yamori;Tomoo Shimada;Shigeo S Sugano;Ikuko Hara-Nishimura;Yu Tanaka
• 通讯作者: Yu Tanaka

物体検出アルゴリズムに基づくダイズ個葉における気孔密度の迅速評価手法の構築

基于目标检测算法的大豆单叶气孔密度快速评价方法的构建

• 发表时间: 2018
• 作者: Kazuma Sakoda;Wataru Yamori;Tomoo Shimada;Shigeo S Sugano;Ikuko Hara-Nishimura;Yu Tanaka;迫田和馬・嶋田知生・菅野茂夫・西村いくこ・田中佑;迫田和馬・渡邊智也・助村駿・小林俊造・長崎裕一・白岩立彦・田中佑
• 通讯作者: 迫田和馬・渡邊智也・助村駿・小林俊造・長崎裕一・白岩立彦・田中佑

気孔密度の改変が変動光に対する気孔開口と光合成の応答性に及ぼす影響

气孔密度改变对气孔开放和光合作用对脉动光响应的影响

• 发表时间: 2019
• 作者: Kazuma Sakoda;Wataru Yamori;Tomoo Shimada;Shigeo S Sugano;Ikuko Hara-Nishimura;Yu Tanaka;迫田和馬・嶋田知生・菅野茂夫・西村いくこ・田中佑
• 通讯作者: 迫田和馬・嶋田知生・菅野茂夫・西村いくこ・田中佑

Genetic Diversity in Stomatal Density among Soybeans Elucidated Using High-throughput Technique Based on an Algorithm for Object Detection

• DOI: 10.1038/s41598-019-44127-0
• 发表时间: 2019-05-20
• 期刊: SCIENTIFIC REPORTS
• 影响因子: 4.6
• 作者: Sakoda, Kazuma;Watanabe, Tomoya;Shiraiwa, Tatsuhiko
• 通讯作者: Shiraiwa, Tatsuhiko