ヤムイモにおける窒素固定細菌の　共生機序の解明と栽培への利用

山药固氮菌共生机制的阐明及其在栽培中的应用

• 批准号: 19J10731
• 负责人: 高田 花奈子
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Tokyo University of Agriculture
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J10731/
• 关键词: ヤムイモ; 窒素固定; 安定同位体; アセチレン還元法; メタ16解析; メタ16S解析

ヤムイモはヤマノイモ属植物の総称であり、東南アジア原産のダイジョや、世界の生産量の9割以上を占める西アフリカで最も多く生産されている種であるホワイトヤムなどがある。多くの先行研究がヤムイモの高い環境適応能力を指摘しているが、肥料投入が前提の近代農業において低肥沃土壌で生育可能なヤムイモの窒素吸収源について検討がされてこなかった。申請者らのこれまでの研究により、無施肥でも塊茎収量を得られるダイジョ品種の植物体窒素のうち4割が大気中窒素由来であると推察され、茎と根から窒素固定活性を持つ細菌を分離したことから、ダイジョは低肥沃土壌条件下でも窒素固定細菌との共生により収量を維持していると示唆された。このことから、異なるヤムイモの種でも微生物の窒素固定の関与により生育や塊茎収量を維持するヤムイモ系統の存在が考えられた。本研究ではヤムイモの窒素吸収機構と窒素固定細菌による生育への関与について解明することを目的とし、その成果から、微生物との共生という新たな観点に基づいたヤムイモの窒素吸収特性に関する知見を得ることで、自然界にいる共生微生物の力を利用したヤムイモ栽培技術の開発に資する知見の獲得を目指した。具体的に以下について試験を実施した。1) ナイジェリア産ヤムイモ系統における窒素固定活性を示す細菌の分離、2) δ15Nを利用したナイジェリア産ホワイトヤム系統における吸収窒素の由来を検討、3) 15N標識肥料を用いたホワイトヤムの窒素吸収特性の検討、および4) 次世代シーケンサーを用いたホワイトヤムに共生する細菌群集構造の解明

山药是薯蓣属植物的总称，包括原产于东南亚的日本山药和西非产量最多的品种白山药，占世界产量的90%以上。之前的很多研究都指出山药具有较高的环境适应性，但在依赖化肥输入的现代农业中，能够在低肥力土壤中生长的山药的氮吸收能力尚未得到研究。根据申请人之前的研究，估计即使不施肥也能获得块茎产量的大条品种，其植物体中的氮的40%来自于大气中的氮，并且估计其体内40%的氮来自大气中的氮。即使不施肥也能获得块茎产量的大条品种的植物体来自大气中的氮。结果表明，日本香米通过与固氮细菌的共生，即使在低肥力的土壤条件下也能保持其产量。这表明存在通过微生物固氮作用维持生长和块茎产量的山药菌株，即使在不同的山药品种中也是如此。本研究的目的是阐明山药的氮吸收机制以及固氮细菌对其生长的参与，从与微生物共生的新角度了解山药的氮吸收特性。目的是获得有助于开发利用自然界中共生微生物力量的山药栽培技术的知识。具体而言，进行了以下的试验。 1) 分离尼日利亚山药品系中表现出固氮活性的细菌，2) 使用 δ15N 研究尼日利亚白山药品系吸收氮的来源，3) 使用 15N 标记肥料研究白山药的氮吸收特性，4。 ) 使用下一代测序阐明白山药中共生的细菌群落结构。

项目成果

15N希釈法によるホワイトギニアヤムの窒素固定量の推定

15N稀释法估算白珍珠山药的固氮量

• 发表时间: 2020
• 作者: 高田花奈子; 松本亮; 石川春樹; パチャキルバビル; 菊野日出彦; 志和地弘信
• 通讯作者: 志和地弘信

Metagenomic Analysis of Nitrogen-Fixing Bacteria in Six Accessions of White Guinea Yam (Dioscorea rotundata Poir.)

六种白珍珠山药 (Dioscorea rotundata Poir.) 固氮细菌的宏基因组分析

• 发表时间: 2020
• 作者: Ayodeji Peter IDOWU; Kosuke YAMAMOTO; Yuh SHIWA; Minenosuke MATSUTANI; Kanako TAKADA; Michel OUYABE; Babil PACHAKKIL; Hidehiko KIKUNO; Asrat ASFAW; Ryo MATSUMOTO; Hironobu SHIWACHI
• 通讯作者: Hironobu SHIWACHI

メタ16S解析法によるダイジョ共生細菌叢の解明

使用meta-16S分析方法阐明Daijo共生菌群

• 发表时间: 2019
• 作者: 朱家成; 山本紘輔; 志波優; Michel Ouyabe; 髙田花奈子; パチャキルバビル; 菊野日出彦; 田中尚人; 志和地弘信
• 通讯作者: 志和地弘信

Nitrogen-fixing Bacteria Associated with Yams (Dioscorea spp.) Growth

与山药（薯蓣属）生长相关的固氮细菌

• 发表时间: 2019
• 作者: Hironobu Shiwachi; Hidehiko Kikuno; Babil Pachakkil; Michel Ouyabe; Kanako Takada; Natsumi Miwa;Naoto Tanaka
• 通讯作者: Naoto Tanaka

ダイジョにおける共生細菌叢のメタ16S解析

Daijo共生菌群的Meta-16S分析

• 发表时间: 2020
• 作者: 木原 駿太;山本 絋輔;志波 優;朱 家成;髙田 花奈子;Ouyabe Michel;パチャキル バビル;菊野 日出彦;田中 尚人;志和地 弘信
• 通讯作者: 志和地 弘信