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

寻找水稻基因并用于育种，利用根际微生物实现可持续农业

基本信息

批准号：
21K18221
负责人：
中園幹生
金额：
$ 16.64万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

为了实现低引言的低引入农业，即使有少量的施肥和使稳定的作物产生也可以保持产量，这些品种的发展是有希望的，并且为此目的，在较小的肥料种植过程中，农作物的生长和产量。它是重要的工具，并使用有助于维持的基因的繁殖。在这项研究中，我们使用大米作为一种材料来阐明在肥料条件下生长与产量相关的特征与根球微生物之间的关系，并与较小肥料培养的生长相关绿宝石，目的是将其用作遗传资源。在40财年，日本120种日本培养育种品种的多样性集中在日本120个系统的多样性上，我们试图阐明与受精反应有关的水稻的元素特征。分析在受精场和受精场中生长的油炸叶子的离子含量，被发现施肥的作用是许多元素的显着差异。由于主要成分分析的结果，对第一个主要组成部分的贡献率很高的元素是叶片中的积累随时间变化的元素，即需要植物在早期生长中的元素（营养生长周期））。使用从主组件分析结果中选择的元素离子数据进行了品种的层次聚类，并将其分类为五个簇。此外，当比较营养生长时期的营养生长周期微生物时，使用120种根的营养生长周期的存在比与上述簇进行了比较。此外，显示了每个分类簇的不同微生物物种的比率。这些结果表明，水稻叶子的ionome信息反映了在根球中并存的微症信息。此外，CRISPR / CAS9已经开始创建CRISPR / CAS9敲除系统，以对候选基因进行功能分析，该基因与上一年的GWAS分析确定的地面性状和根球体微生物有关。