森林の地面の下の多様性：外生菌根菌間の相互作用

森林生態系では，多種多様な菌根菌が際立って多様性の高い安定した菌根菌群集構造を維持している。本研究では，この菌根共生系の多様性を生み出すメカニズムや多様性が持つ生態的意味に着目し，地下部における菌糸体ネットワーク間の相互作用およびそれと菌根共生機能との関係を明らかにすることを目的とする。平成25年度は，樹木のアミノ酸吸収に外生菌根菌がどのように関わっているかを明らかにするために，14Cで標識，あるいは13Cと15Nで二重標識したグルタミンやアラニンを，クロマツ・コツブタケ外生菌根共生系の根外菌糸体に取り込ませ，その行方を追跡した。その結果，14Cは速やかに根外菌糸体全体に広がり菌根まで達したが，クロマツの地上部へは転流しなかった。13Cと15Nの安定同位体比質量分析の結果，宿主地上部への13Cの転流は認められなかったが，15Nは根外菌糸，菌根，クロマツの茎と針葉の各部位で検出された。さらに，NanoSIMSを用いて，菌根，茎，針葉の横断面における13Cと15Nの分布を,マイクロメートルスケールの元素マッピングによって解析した。その結果，13Cは菌根の菌鞘のみで検出され，根の皮層細胞や茎，針葉の細胞では検出されなかった。一方，15Nは全ての部位で検出され，菌根のハルティヒネットから根の皮層細胞への窒素の移動が確認された。以上の結果から，外生菌根菌の根外菌糸で吸収されたアミノ酸は菌糸中で代謝され，窒素は宿主細胞へ受け渡されるが，炭素は受け渡されずに菌根菌自らの炭素源として利用されることが明らかになった。

森林生態系では，多種多様な菌根菌が際立って多様性の高い安定した菌根菌群集構造を維持している。本研究では，この菌根共生系の多様性を生み出すメカニズムや多様性が持つ生態的意味に着目し，地下部における菌糸体ネットワーク間の相互作用およびそれと菌根共生機能との関係を明らかにすることを目的とする。平成25年度は，樹木のアミノ酸吸収に外生菌根菌がどのように関わっているかを明らかにするために，14Cで標識，あるいは13Cと15Nで二重標識したグルタミンやアラニンを，クロマツ・コツブタケ外生菌根共生系の根外菌糸体に取り込ませ，その行方を追跡した。その結果，14Cは速やかに根外菌糸体全体に広がり菌根まで達したが，クロマツの地上部へは転流しなかった。13Cと15Nの安定同位体比質量分析の結果，宿主地上部への13Cの転流は認められなかったが，15Nは根外菌糸，菌根，クロマツの茎と針葉の各部位で検出された。さらに，NanoSIMSを用いて，菌根，茎，針葉の横断面における13Cと15Nの分布を,マイクロメートルスケールの元素マッピングによって解析した。その結果，13Cは菌根の菌鞘のみで検出され，根の皮層細胞や茎，針葉の細胞では検出されなかった。一方，15Nは全ての部位で検出され，菌根のハルティヒネットから根の皮層細胞への窒素の移動が確認された。以上の結果から，外生菌根菌の根外菌糸で吸収されたアミノ酸は菌糸中で代謝され，窒素は宿主細胞へ受け渡されるが，炭素は受け渡されずに菌根菌自らの炭素源として利用されることが明らかになった。