根圏微生物に関わる作物遺伝子ネットワークの探索ー染色体地図上でのオミクス情報統合

根际微生物相关作物基因网络探索——染色体图谱组学信息整合

基本信息

批准号：
22K19167
负责人：
藤本優
金额：
$ 4.16万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K19167/
关键词：
根圏微生物メタゲノム作物

项目摘要

土壌微生物叢は、土壌の生態的機能や植物との共生機能を通じて作物生産を支える一方で、そのバイオマスや種構成は逆に作物側からの強い影響を受ける。持続的な農業生産が求められる今日、かかる複雑な作物と土壌微生物の関係性のメカニズムを探るあらたなアプローチの開拓が切望されてきた。作物には、その根圏内の土壌微生物叢に大きな品種間差が存在するものがある。たとえば、野生トマトは根圏中の細菌や糸状菌が量・種数ともに豊富であるが、同じ土壌で育てた栽培トマトは遙かに貧弱な根圏微生物叢しか持たない。このような作物を利用し、根圏微生物叢のメタゲノム、作物体のトランスクリプトーム等とQTL解析を組み合わせることによって、微生物の種構成に関わる作物側の遺伝子を推定し、そのネットワークを把握するための新たなアプローチを開拓する。具体的には、野生トマト×栽培トマト交配由来のQTL解析用集団（F9集団、１１０系統）を栽培し、根圏微生物叢のメタゲノム解析および作物体のトランスクリプトーム解析等を実施する。得られたメタゲノム情報（個々の微生物種の生息頻度）およびトランスクリプトーム等の情報（個々のトマト遺伝子の発現量）からメタゲノムQTLとトランスクリプトームの照合を行う。今年度は、親系統（野生トマトおよび栽培トマト）を対象に、次世代シーケンシングにより全ゲノムを解読し、両親間の変異解析（VCFファイル作成）を行った。また、両親を有機農場の土壌で栽培して根および根圏土壌からDNAを採取、メタゲノム解析により共生細菌および根圏細菌の種構成を比較し、予備実験での差異の再現性を確認した。

虽然土壤微生物群通过土壤生态功能和与植物的共生功能支持作物生产，但其生物量和物种组成受到作物的强烈影响。在当今需要可持续农业生产的世界中，人们强烈希望开发新方法来探索作物与土壤微生物之间复杂关系的机制。有些作物根际土壤微生物区系存在较大的品种间差异。例如，野生番茄的根际细菌和真菌在数量和种类上都丰富，但在同一土壤中种植的栽培番茄的根际微生物群却要少得多。通过利用此类作物，将根际微生物群的宏基因组、作物体的转录组等与QTL分析相结合，我们可以估计与微生物物种组成相关的作物基因并了解其网络。具体来说，将培育源自野生番茄和栽培番茄杂交的QTL分析群体（F9群体，110个品系），并进行根际微生物群的宏基因组分析和作物体的转录组分析。根据获得的宏基因组信息（单个微生物物种的频率）和转录组信息（单个番茄基因的表达水平）比较宏基因组QTL和转录组。今年，我们使用下一代测序来解码亲本品系（野生和栽培番茄）的整个基因组，并在亲本之间进行突变分析（创建 VCF 文件）。此外，将亲本生长在有机农场的土壤中，从根部和根际土壤中收集DNA，通过宏基因组分析比较共生细菌和根际细菌的物种组成，证实了初步实验中差异的重现性。