雑草の匂いが、米の収穫量をあげる？（植物生命_塩尻研_成果論文発表）

 

雑草の匂いが、米の収穫量をあげる？

（研究成果が論文として公表されました）

植物は、被害をうけた別の植物から放出される匂いを受容すると、虫に対する防衛力を高めることが知られてます。この現象は、匂いを介した植物間コミュニケーション（Plant-Plant communication）やプラントトーク（Plant talk）と呼ばれており、４０種以上の植物種で報告されています。また、植物間コミュニケーションは、同種植物間だけでなく異種間でも起こることも知られています。我々は、この現象は農業に展開できるのではないかと考えました。つまり、雑草の匂いを作物に受容させて、収量をあげるのです。

イネの苗床に、刈り取られた雑草をメッシュの袋にいれて吊り下げておきます。（写真）

こうすることで、イネは苗の段階で雑草の匂いを受容することになります。その後は、通常通り、田んぼに植えます。田植え後１～２か月後のイネの葉の被害を調べると、苗のときに匂いを受容したイネは、何も匂いを受容していないものに比べて、被害が低下していました。さらに、収穫量においても、苗時に匂いを受容していたイネの方が高くなりました。つまり、刈り取られた雑草の匂いが、イネの虫にたいする抵抗性を高め、収穫量も上げることが明らかになりました。

草刈りをすることで、作物に散布する農薬を減らし、収穫量も上げるとなると、まさに、一石二鳥です。今後は、どの雑草が有効なのか、またどの匂い成分が重要なのかを明らかにしていく予定です。                                                            

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（塩尻）

 

本研究は、Frontiers in Plant Science　に2021年７月に掲載されました。

Field-grown rice plants become more defensive against herbivores and more productive when exposed to artificially damaged weed volatiles at the seedling stage

Kaori Shiojiri1*, Rika Ozawa2, Masayoshi Uefune3, Junji Takabayashi2*

 

Front. Plant Sci., 12 July 2021 | https://doi.org/10.3389/fpls.2021.692924

【植物生命科学科で扱う実験生物】No.09 シロイヌナズナとイネ

 植物生命科学科では、植物はもちろん、微生物から昆虫まで（中には動物を使ってのデータも！）さまざまな生物を実験に用います。このシリーズでは、各研究室で扱っている生物を順番に紹介していきます。

　植物ゲノム工学研究室では、植物における新規ゲノム編集技術の開発を行っています。ゲノム編集技術は、生命の設計図であるゲノムを正確に書き換える技術であり、今後の植物科学の研究と品種改良に必須の技術であると考えられています。この技術は最終的にはあらゆる植物に適用可能だと思われますが、基盤となる技術開発は扱いが容易な植物を用いて行うことが効率的です。

この点、これまでもこのコーナーで登場したシロイヌナズナとイネは、①ゲノムのサイズが小さく全塩基配列が解明されている、②世代時間が短い（シロイヌナズナで1.5カ月、イネで最短3か月）、③形質転換が容易である、という特長から、それぞれ双子葉植物と単子葉植物におけるモデル植物とされてきました。ゲノム編集技術の開発においても、この2つの植物が最も良く活用されています。

　研究室では、ツールの開発と動作確認をこの2つの植物を用いて行い、ツールを様々な植物を扱う研究者に提供しています。提供したツールが様々な植物で好適に働き、新たな形質を計画通りに付与した植物ができると、開発者としては大変嬉しく、さらなる技術開発の励みになります。

 

（A）     生長中、開花期、収穫期のイネ

（B）     イネの形質転換（お米の胚盤由来のカルスにアグロバクテリウムを感染することにより、約一か月で形質転換イネの幼植物体が出来る。左から感染後7日のカルスと再分化した形質転換イネ。上はGFPの蛍光像、下は明視野像）

（C）     ゲノム編集で作出した閉花性イネ（〇で囲った部分（鱗皮）が肥大することにより開花するが、左側のゲノム編集イネは肥大せず閉花受粉する。閉花受粉はカビの胞子の侵入を防ぎ、他品種との花粉との交配も防ぐ重要な農業形質である）

（D）    径９ｃｍ X 高さ２ｃｍのシャーレの中で開花結実したシロイヌナズナと、シロイヌナズナのプロトプラストの形質転換（左が明視野像、右が蛍光像。蛍光タンパク質ビーナスが発現すると細胞が赤く光る）

(土岐)

久々の学外実習（その2）

 2021年6月27日、食料農業システム実習Aを受講する12名と教員1名が、現地実習先の高島市マキノ町森西地区で集落の共同資源管理作業に参加しました（記事その1はこちら）。当日は雨の予報だったのですが、日頃の行いが良かったのか？ちょうど良い曇り具合で作業日和となりました。

排水路の清掃

植栽の整備をお手伝い

稲山隧道の水路から土砂を取り除いています

森西地区は古くから水に恵まれず、明治時代に山の向こうからトンネル（稲山隧道）を掘り抜いて水を引くなどの苦労をされてきました。山からは土砂混じりの水が流れ込み、傾斜地の田んぼでは用水路・排水路とも土砂揚げが欠かせません。また、獣害対策として電気柵が設置されているのですが、電気柵の周りの草木を手入れしないと、そこを伝って猿などが柵を飛び越えてしまいます。地区では年に3回の普請の日に集落全戸でこうした作業を続けておられます。参加した学生は、汗だくになりながら棚田とその周辺の生活環境を維持する取り組みを体験しました。作業の意味や地域資源に対する思いなど、様々なお話をお聞きしながら作業できたことも学生にとって貴重な経験になったと思います。今年の普請は大学生が参加してくれるということで、現地ではいつもなら手が回らないエリアの草刈りまですることができたと好評でした。

実習に参加した学生の感想をいくつかご紹介します：

- 農家の現状を自分の目で見て、耳で聞くことがどれだけ大事なのかが分かりました。今の自分に何が出来るのか、これからの大学生活で何が出来るのか考えるきっかけにもなりました。

- 実習で地元の皆さんがどう行動しているか観察し、積極的に話しかけるといろんな「今」の情報が入ってくる。

- 農村といわれる地域でどのようなことが問題として取り上げられ、その地域の方たちはどう考えているのか農学部生として知っておかなければならないことを多く学ぶことができた。

参加者・引率者とも全員が事前にPCR検査を受けるなど細心の注意を払いつつ、久々の学外実習に出ることができ、学生のいきいきした表情を（マスク越しですが）対面で見られたことも収穫でした。コロナ禍のなかで綿密な受入れ計画を練っていただいた区長はじめ森西地区の役員の方々と、学生をこころよくご指導くださった区民の方々に厚く御礼を申し上げます。（山口）

植物生命科学実習（7/12,13,19,20）

 

7/12から2週間に渡り行った連続4回の実習では、DNAマーカーでのジェノタイピングと連鎖解析、さらにゲノム編集における変異の検出方法を学びました。（担当：土岐先生）

シロイヌナズナの葉にできる毛（トライコーム）の有り/無しという表現型に着目して実習を進めました。

材料には有毛の「Col-0」、トライコーム形成に関わるGL1遺伝子が変異して無毛になった「Ler(GL1変異体)」、さらに両者を掛け合わせて作成されたF₂集団を使いました。

DNAマーカーを使うと、DNAの特定の領域の違いを検出することによって、その領域がどちらの親由来なのかを判別することができます。

今回の実習ではPCR（DNAの一部の領域を増幅させる実験）によって、マーカー領域を増幅し、そのDNAのサイズの差で、Col-0型かLer型かを調べます。

結果は電気泳動という実験で検出しました。

電気泳動は何回も実習で行ったので、皆さんテクニックが身についている様子？！

電気泳動の結果は白黒の写真で出力されます。

明るく光るラインがDNAで、ほとんどのサンプルでPCRが成功したことがわかります。

実習初回に微量な液体を測り取るピペットマンの練習をした成果ですね。

 

電気泳動ではDNAのサイズに応じて泳動されます。

結果では上が大きく下が小さくなっています。

Col-0とLerではどのマーカーでもサイズが違います。

これに対して、F₂ではどうなったでしょう？

 

F₂集団からは有毛と無毛の2個体を調べました。

今回使った３つのマーカーは、何番染色体のどの位置にあるか、わかっています。

F₂のA、Bのマーカーは各班でどちらの型になるかバラバラです。

一方、CのマーカーではF₂無毛はLer型になっています。

CマーカーはGL1遺伝子に連鎖しているのです。

（F₂有毛はホモとヘテロを含むので、Col-0型のみか、Col-0型とLer型どちらも含むパターンがあります。）

 

また、ゲノム編集された個体のDNAを識別する実験では、CAPS解析を行いました。

CAPS解析では、DNA配列中にある制限酵素(特定の配列を認識してDNAを切断する酵素)を利用します。

Col-0にはHindIIIという制限酵素の認識配列があり、PCR断片が切断され短くなります。

しかしゲノム編集個体では認識配列が改変されているので、切断されなくなります。

今回用いたゲノム編集個体は相同染色体の片方のみ編集されているので、切断されなかったDNAも現れています。

 

最後にF₂集団の有毛/無毛の個体数をカウントし、メンデルの遺伝法則に即しているか調べました。

少し難しい内容だったので、実習後には熱心に先生に質問している学生さんが多く見られました。

遺伝学の基礎的な内容と、DNAマーカーやゲノム編集といった最新の技術まで、幅広く学ぶことができました。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（辻村）

【植物生命科学科で扱う実験生物】No.08 ダイズとウシ

 植物生命科学では、植物はもちろん、微生物から昆虫まで（中には動物を使ってのデータも！）さまざまな生物を実験に用います。このシリーズでは、各研究室で扱っている生物を順番に紹介していきます。

生命データ科学研究室（小野木）はデータ解析が中心で、動物も含め様々なデータを扱います。今着目しているデータの1つが、ダイズのヒストリカルデータ（過去のデータ）です。日本では長年ダイズの品種改良が行われていますが、それら数十年分のデータを気象やゲノムの情報と関連させることで、新しい知識を得ようとしています。まさに温故知新です。

ダイズ圃場

ヒストリカルデータ（栽培結果がびっしりと記録されています）

ダイズの他に、肉用牛の黒毛和種の研究も行っています。黒毛和種は豊かな霜降りと風味が特色で、現在は海外でも注目を集めています。その品種改良には統計学が用いられていますが、それをゲノム情報を利用することで効率化する研究を行っています。

豊かな霜降りの黒毛和種

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（小野木　章雄）