国際農研ら研究チーム、新たな干ばつストレス応答機構を発見

国際農研、京都大学、名古屋大学、理化学研究所、東京大学および農研機構らの研究チームは、葉のしおれが見られない程度の極めて初期の干ばつにおいて、植物体内のリン酸量が低下し、リン酸欠乏応答が起こることを世界で初めて発見した。

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。

畝を用いて畑で干ばつストレスを人為的に誘導することが可能に
出典:https://www.jircas.go.jp/ja/release/2023/press202314

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。

畑と実験室、モデル作物とモデル実験植物を組み合わせた、畑の干ばつストレス応答機構の解明に向けた取り組み
出典:https://www.jircas.go.jp/ja/release/2023/press202314

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。

乾燥ストレスの初期段階にリン酸欠乏応答が生じることを実証
出典:https://www.jircas.go.jp/ja/release/2023/press202314

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
https://www.jircas.go.jp/
京都大学
https://www.kyoto-u.ac.jp/
名古屋大学
https://www.nagoya-u.ac.jp/
理化学研究所
https://www.riken.jp/
東京大学
https://www.u-tokyo.ac.jp/ja/index.html
農研機構
https://www.naro.go.jp/
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  1. 田牧一郎
    田牧一郎
    日本で15年間コメ作りに従事した後、アメリカに移り、精米事業、自分の名前をブランド化したコメを世界に販売。事業売却後、アメリカのコメ農家となる。同時に、種子会社・精米会社・流通業者に、生産・精米技術コンサルティングとして関わり、企業などの依頼で世界12カ国の良質米生産可能産地を訪問調査。現在は、「田牧ファームスジャパン」を設立し、直接播種やIoTを用いた稲作の実践や研究・開発を行っている。
  2. 福田浩一
    福田浩一
    東京農業大学農学部卒。博士(農業経済学)。大学卒業後、全国農業改良普及支援協会に在籍し、普及情報ネットワークの設計・運営、月刊誌「技術と普及」の編集などを担当(元情報部長)。2011年に株式会社日本農業サポート研究所を創業し、海外のICT利用の実証試験や農産物輸出などに関わった。主にスマート農業の実証試験やコンサルなどに携わっている。 HP:http://www.ijas.co.jp/
  3. 加藤拓
    加藤拓
    筑波大学大学院生命環境科学研究科にて博士課程を修了。在学時、火山噴火後に徐々に森が形成されていくにつれて土壌がどうやってできてくるのかについて研究し、修了後は茨城県農業総合センター農業研究所、帯広畜産大学での研究を経て、神戸大学、東京農業大学へ。農業を行う上で土壌をいかに科学的根拠に基づいて持続的に利用できるかに関心を持って研究を行っている。
  4. 大槻万須美
    大槻万須美
    管理栄養士・フードスタイリスト。楽しく食べて健康に。食の大切さを伝えるため、料理教室、バレエダンサーやアスリートのパーソナル栄養サポート、レシピ・コラムの提供など幅広く活動。子どもの頃の毎年の米作り経験から、身近な食体験の重要性についても実感し、おとなと子どもの食育サポートにも力を注いでいる。
  5. 川島礼二郎
    川島礼二郎
    1973年神奈川県生まれ。筑波大学第二学群農林学類卒業。フリーラインスの編集ライターとして、テクノロジーをキーワードに、農業雑誌・自動車雑誌などで執筆・編集活動中。
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