根圏マイクロバイオームを活用した持続型農業を実現するイネ遺伝子の探索と育種利用

低投入持続型農業を実現するには、少ない施肥でも収量を維持し安定した作物生産が可能となる品種の開発が有望視されており、そのためには少肥栽培時の作物の成長と収量の維持に寄与する遺伝子の単離とその育種利用が重要である。本研究では、イネを材料に用いて、無施肥条件下での成長・収量関連形質と根圏微生物との関係性を解明し、少肥栽培時の成長を支える根圏微生物との共生に関わるイネ遺伝子を同定することで、これらを遺伝子資源として育種利用することを目指す。令和4年度は、日本の栽培イネ品種 120 系統の多様性に着目し、イオノーム解析を行い、施肥応答に関連のあるイネの元素動態特性の解明を試みた。施肥圃場と無施肥圃場で生育させたイネの葉のイオン含量について分析したところ、施肥の効果が多くの元素で有意な差として検出された。主成分分析の結果、第一主成分に高い寄与率を示した元素は、葉における蓄積量が経時的に変化する元素、すなわち生育初期（栄養成長期）に植物が必要とする元素と、水田土壌の還元化に伴い生育後期にかけて相対的に吸収量が増加していく元素であった。主成分分析の結果より選抜した元素イオンデータを用いて品種の階層的クラスタリングを行ったところ、5つのクラスターに分類することができた。また、イネ120品種の根圏微生物叢データを用いて、上記のクラスターごとに栄養成長期の根圏微生物存在比率を比較したところ、施肥と無施肥の条件間で大きく異なっていた。さらに、分類したクラスターごとに異なる微生物種が高い存在比率を示した。これらの結果より、イネの葉のイオノーム情報が、根圏に共生する微生物叢の情報を反映していることが示唆された。また、前年度のGWAS解析によって同定した地上部形質や根圏微生物の群構造決定に関わる候補責任遺伝子の機能解析をするために、CRISPR／Cas9によるノックアウト系統の作出を開始した。

低投入持続型農業を実現するには、少ない施肥でも収量を維持し安定した作物生産が可能となる品種の開発が有望視されており、そのためには少肥栽培時の作物の成長と収量の維持に寄与する遺伝子の単離とその育種利用が重要である。本研究では、イネを材料に用いて、無施肥条件下での成長・収量関連形質と根圏微生物との関係性を解明し、少肥栽培時の成長を支える根圏微生物との共生に関わるイネ遺伝子を同定することで、これらを遺伝子資源として育種利用することを目指す。令和4年度は、日本の栽培イネ品種 120 系統の多様性に着目し、イオノーム解析を行い、施肥応答に関連のあるイネの元素動態特性の解明を試みた。施肥圃場と無施肥圃場で生育させたイネの葉のイオン含量について分析したところ、施肥の効果が多くの元素で有意な差として検出された。主成分分析の結果、第一主成分に高い寄与率を示した元素は、葉における蓄積量が経時的に変化する元素、すなわち生育初期（栄養成長期）に植物が必要とする元素と、水田土壌の還元化に伴い生育後期にかけて相対的に吸収量が増加していく元素であった。主成分分析の結果より選抜した元素イオンデータを用いて品種の階層的クラスタリングを行ったところ、5つのクラスターに分類することができた。また、イネ120品種の根圏微生物叢データを用いて、上記のクラスターごとに栄養成長期の根圏微生物存在比率を比較したところ、施肥と無施肥の条件間で大きく異なっていた。さらに、分類したクラスターごとに異なる微生物種が高い存在比率を示した。これらの結果より、イネの葉のイオノーム情報が、根圏に共生する微生物叢の情報を反映していることが示唆された。また、前年度のGWAS解析によって同定した地上部形質や根圏微生物の群構造決定に関わる候補責任遺伝子の機能解析をするために、CRISPR／Cas9によるノックアウト系統の作出を開始した。