オオムギの生育促進細菌の発見と応用

岡山大学 資源植物科学研究所
植物環境微生物グループ
准教授 谷 明生
2022年9月29日
1

作物収量に影響を与える要因
Environment
Management

Crop genotype

Soil

Wild plant Weather

Fertilization

Crop phenotype
Crop microbiome
Yield

Adapted from:Busby PE et al.,2017 PLoS Biol

2

二毛作

Okayama

春ー秋

冬ー春

イネ

オオムギ

・高い農地利用性
・しかしそれを支える微生物の役割については不明

3

谷 明生

最相大輔

山地直樹

山下純

植物研の根圏生態班

イネ

オオムギ

二毛作圃場の様々な環境要因のデータ化
4岡山大学資源植物科学研究所 圃場North

慣行区(施肥区）

無施肥区(25年以上）

5サンプリングYear

2018

2019

PlantRice

BarleyCultivar

日本晴れ
Star1

J64 (早木曽二号)
J247 (はるな二条) アルミニウム感受性

Field施肥区 (酸性化）
無施肥区

PartWash
SonicRoot

Soil

pHICP-MS

反復x 3 (2週間ごと)

2020
RiceBarley

2021
RiceBarleyx 6 (毎月)6根のサンプリング
Root sample+Water, Vortex
Wash fraction

BulkSoil-80°C
Washed root

Sonic fraction
Sonication
Root fraction
7

DNA精製, PCR, シーケンシング
Quick-DNA Fecal/Soil Microbe Miniprep Kit

1.5 kbPCR (KOD-FX Neo)
Target: V3-V4 region of 16S rRNA
Electrophoresis check (~450 bp)

450 bpOutsourcing for MiSeq sequencing
40 GB Fastq (Paired-end, demultiplexed)
Analysis with Qiime28計約2400 サンプルMicrobiome transition (2388 samples)
2018.7.4

2018 Rice (Level 7, species level)

2018.10.12

2019.1.25

2019 Barley (Level 7, species level)

2019.5.30

2019.6.28

2019 Rice (Level 7, species level)

2019.10.17

2020.1.08

2020 Barley (Level 7, species level)

2020.5.27

2020.7.01

2020 Rice (Level 7, species level)

2020.10.07

2021.1.06

2021 Barley (Level 7, species level)

2021.6.02

2018 イネ2019 オオムギ

2019 イネ2020 オオムギ

2020 イネ

2021 オオムギ
9全てのサンプルでTop100に入る微生物の変遷

OTUs(operationaltaxonomic unit,genus level)10イネ・オオムギのそれぞれのTop60微生物の変遷

OTUs

イネ オオムギ11

イネβ多様性

Weighted_Unifrac

Soil

Wash

RootSonic

Root

Soil

Root

SoilSonic

Wash

オオムギ
122019 オオムギ微生物解析

Soil

根のサンプルにJanthinobacterium, Methylibiumの優占化が見いだされた。
根の外側には存在しない。
13オオムギ各部位から微生物の分離・同定
Isolates

Genus

SpeciesRoot

60

1623Culm

26811

Leaf

21912

Total

107

2337

Janthinobacterium, Methylibiumは分離されなかったが、根からRugamonas属細菌が多く分離された。

Root

Culm

Leaf
Bacillus

Soil

Rugamonas
Staphylococcus

14Rugamonas属細菌はJanthinobacteriumとして検出されていた。
R57

Isolates (Rugamonas rubra)

R64

R1

Janthinobacterium (amplicon)
Rugamonas rubra (T)Isolates (Rugamonas rubra)
Rugamonas aquatica, Rugamonas rivuli (T)Janthinobacterium (amplicon)
Isolates (Rugamonas rubra)

Janthinobacterium (T)15

Rugamonas属分離株のコロニー性状
R1

R57 (Violacein)R64 (Violacein)

R. aquatica

R. rivuli

R. rubra (Prodigiosin)

Rugamonas
分離菌

Rugamonas
基準株

16Rugamonas属分離株は性状・ゲノム解析の結果新種細菌である
dDDH: 異種なら<70%

ANI: 異種なら <95%
分離菌株3株はそれぞれ異なる種
分離菌株はRugamonas属の新種細菌

17

Rugamonas属分離株の抗カビ活性
Fusarium oxysporum

R1

R57

R64

R. aquatica

R. rivuli

R. rubra

Isolates

Typestrains18

Rugamonas属分離菌のオーキシン合成活性
8070IAA (µg/ml)

6050403020100R1R57

R64 R. aquatica R. rivuli

R. rubra

19

Rugamonas属分離菌のオオムギ生長促進
p = 0.0253

Root length (cm)

20p = 0.0062

151050Control

R1R57

R64

分離菌R57 と R64はオオムギの根の伸張を促進した。

20

ビオラセイン・抗菌・抗カビ・抗腫瘍活性のある紫色の色素
Rugamonas sp. R57

Violacein

21

従来技術とその問題点
・微生物農薬としてBacillus, Pseudomonas属細菌がよく使われているが、植物個々の性質を無視したものがほとんどである・細菌の定着能、効果の程度は不明

22

新技術の特徴・従来技術との比較• オオムギの根の内部に存在する内在菌• 低温で生育・圃場での定着が可能• 新種細菌• ビオラセイン生産性• 強力な接着活性• 初期成長の促進• コムギからも検出されている• 易培養性23

想定される用途• 冬期植物活性賦活剤• オオムギ幼苗の生育時に種に接種すれば定着する• 低温時に成長の促進• 病害の抑制24実用化に向けた課題• 圃場レベルでの生長促進効果、増収効果(研究所で検証中）• 定着能の検証中（Rugamonas属細菌の相対量が増加していることを確認した）• オオムギ赤さび病の病原菌Fusarium属カビについても効果の検証

25

企業への期待• 培養は簡単→製材化、安定性・保存性試験• 農家レベルの大規模試験研究所の小規模試験では獣害
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本技術に関する知的財産権• 発明の名称 ：植物生長促進能を有する
細菌及びその分離方法• 出願番号 ：特願2021-015090
• 出願人
：岡山大学
• 発明者
：谷 明生、他4名
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お問い合わせ先
岡山大学
研究推進機構 知的財産本部
TEL：086-251-8417
FAX：086-251-8961
e-mail：cr-ip@okayama-u.ac.jp
URL：http://www.orsd.okayama-u.ac.jp/
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