根圏ケミカルワールドの解明と作物頑健性制御への応用

（紹介動画）

研究代表者

キーワード

ダイズ、トマト、オカラミン、トマチン、根圏微生物叢、高温ストレス、乾燥ストレス、センサー、生成モデル

植物の根の周りの微小な領域は根圏とよばれます。根圏には植物や土壌中の微生物が生産する多様な代謝物が存在し、植物と根圏微生物叢の相互作用、さらには植物の健全な生育に密接に関係しています。私たちは、根圏領域の化学物質が織りなす世界を「根圏ケミカルワールド」と名付け、新しい化学成分の発見や機能の活用により作物頑健性を向上させることを目指しました。新しい根圏ケミカルを見出すため、代謝物の網羅的な解析手法であるノンターゲットメタボローム解析と独自に蓄積したメタボロームデータのレポジトリによるデータ解析を活用しました。その結果、ヘアリーベッチ根圏やヘアリーベッチの後で栽培したダイズの根圏に殺虫活性物質のオカラミンを発見しました。ヘアリーベッチのエンドファイトから単離したオカラミンを生合成するペニシリウム属菌を接種すると、ダイズ、コマツナ、タマネギ等、多数の作物の頑健性が向上することを明らかにしました。トマト根圏のメタボローム解析では、生体防御物質として植物体内に蓄積するトマチンがトマト根圏に分泌されることを明らかにしました。また、トマチン等、サポニン類には根圏微生物叢を形成する機能があることを見出しました。代謝物による根圏微生物叢形成能を作物頑健性の向上に活用するため、トマチン等の根圏ケミカルと根圏微生物を多数組み合わせた合成コミュニティ（SynCom）を作成し、気候変動条件でトマト生育データを取得しました。これらのデータを用いたモデリングにより、トマト生育を向上させる頑健型根圏の候補を選抜し、それらの候補の中で実際の圃場でトマト生育を促進する微生物と根圏ケミカルの組み合わせを明らかにしました。私たちは、これら根圏のケミカルを計測するセンサーの開発にも取り組み、ヘテロコア型光ファイバーに有機膜を被覆した広帯域ケミカルセンサーや、ウシ血清アルブミン固定化シートを用いて、イソフラボンの分泌を可視化する技術を開発し、根の先端領域でイソフラボンの分泌が多いことを明らかにしました。

 （後日終了報告書へのリンクを掲載予定です）

参考URL

https://www.rish.kyoto-u.ac.jp/lpge/