畝を利用した実験系を開発し、「見えない干ばつ」を再現

干ばつは、温度異常、塩害、病虫害などのさまざまな環境要因の中で、作物生産に最も深刻なダメージを与える環境ストレスといわれている。そのため、枯れてしまうような目に見える干ばつによる被害だけでなく、葉がしおれない軽度の干ばつであっても、収量が半減するほどの甚大な被害をもたらすことが確認されている。

しかし、このような「見えない干ばつ」については、畑の環境が複雑に変化するだけでなく、十分な雨が降ってしまうと干ばつ試験を行うことができないなどの理由から、実際の畑で植物がどのように応答しているのかを解明できないでいたという。

そこで、国際農研らの研究チームは、軽度の干ばつを人為的に安定して誘導するため、これまで干ばつ研究では利用例が無かった「畝（うね）」を利用した実験系を開発し、畑での6年間の実証試験を実施。その結果、高さ30cmの畝を用いることで、大豆の収量が約50%減少する「見えない干ばつ」を再現することに成功した。

これまで難しかった畑における干ばつ試験を、レインアウトシェルターなどの高額な設備を設置することなく、経済的かつ汎用性の高い手法で実施することが可能になった。


その後、畝を用いた干ばつ条件下で栽培した大豆葉の遺伝子発現を網羅的に解析。軽度の干ばつストレスにより、リン酸欠乏応答が特異的に誘導されることを発見すると同時に、大豆葉のリン酸含量が干ばつによって低下することが明らかになった。

さらに、温度と光条件を制御できる植物培養器を使用し、ポット内の土壌水分量をコントロールして栽培した大豆の解析を実施。干ばつの初期にリン酸含量が低下し、リン酸欠乏応答が誘導されることが判明した。


モデル植物であるシロイヌナズナでも干ばつストレス初期にリン酸の取り込みが減少することにより、植物体内のリン酸濃度が減少しリン酸欠乏応答が誘導されることを確認。畑の大豆だけでなく、干ばつ時の植物に共通した普遍的な現象であることが示唆された。


また、リン酸欠乏応答を誘導できないシロイヌナズナ変異体では、通常の野生型のシロイヌナズナと比較して干ばつ時の生育が顕著に抑制された。この結果から、干ばつ初期のリン酸欠乏応答が干ばつ時の生育を維持するために重要な役割を果たしていることが明らかとなった。

国際農研らの研究チームは、今回の研究の成果から、「本研究の成果が、干ばつに強い作物の開発や収量ロスを無くす灌漑の最適化などを通して、作物生産のレジリエンスを強化し、世界の食料安全保障に貢献することが期待できる」としている。


国際農研
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京都大学
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