根粒の窒素固定と根からの吸収窒素の両立によるダイズの高品質多収栽培

ダイズは、豆腐、味噌、醤油など日本の伝統食品原料として欠かせないだけでなく、食用、飼料用タンパク質、脂質源として世界的に生産が拡大している。ダイズは、子実に多量のタンパク質を含むことから、生育には稲の4倍程度の窒素を必要とする。一方、ダイズは土壌細菌である根粒菌を根粒に取り込み根粒菌が固定した窒素を栄養として利用している(1,2)。新潟県で栽培した通常の根粒の着生するダイズと突然変異で根粒がつかないダイズの生育の比較をしたところ、根粒非着生ダイズは生育が貧弱で葉が黄色く窒素が足りないことが示された（3）。我々はダイズの根粒による窒素固定と肥料や土壌窒素を根から吸収する窒素の両立を目指し、土壌窒素（主に硝酸態窒素）による根粒生長や窒素固定活性の阻害機構について基礎的な研究を進めるとともに、ダイズ播種条直下に緩効性窒素肥料を深層施肥する技術を開発し、ダイズの収量増加と品質の向上を目指している (4,5)。

［著書］
・ Nitrogen Fixation and Metabolism in Soybean Plants. Ohyama et al., Nova Publishers, Inc., New York, USA, 2009, p1-131
・ The role of legume-Rhizobium symbiosis. in Legume Nitrogen Fixation in Soils with Low Phosphorous. Ohyama. Springer. 2017. p1-20.
・ A New Technology of Deep Placement of Slow Release Nitrogen Fertilizers for Promotion of Soybean Growth and Seed Yield. Tewari et al., Nova Publishers, Inc., New York, USA, 2010, p1-64

鉄欠乏環境で光合成を持続するオオムギ葉の適応システムを紐解く

植物体内では、鉄の大部分が光合成の電子伝達体として働くため、鉄が不足すると光ストレスを起こしやすくなる。私たちは、この鉄欠乏性の光ストレス耐性に関与する因子として、集光性アンテナ「Lhcb1」蛋白質の1種を同定した。このLhcb1を蓄積できないオオムギ変異体では鉄欠乏で深刻な細胞死が見られる（1）。詳細に調べると、鉄欠乏が深刻な場合に、オオムギはLhcb1蛋白質を強くリン酸化することで、集光性アンテナではなく、むしろ光から身を守るバリアのように利用することが分かった（2）。当研究室ではこのような光合成システムの鉄欠乏適応だけでなく、複数の鉄欠乏適応のメカニズムに着目している。現在、世界各地に由来するオオムギ品種を比較解析し、品種間で鉄欠乏耐性の差を生む複数の要因の解明を試みている（3）。将来、少ない鉄でも生産性を維持できる新しい植物の開発に繋がるものと期待している。

［論文・学会発表］
・ Fe deficiency induces phosphorylation and translocation of Lhcb1 in barley thylakoid membranes, Saito et al., FEBS Lett, 588, 2042-2048 (2014)
・ Elongation of barley roots in high pH nutrient solution is supported by both cell proliferation and differentiation in the root apex, Higuchi et al., Plant, Cell & Environment,40, 1609–1617 (2017)
・ Photosynthetic iron-use efficiency provides a means for screening elite barley genotypes that adapt to iron deficiency with unknown mechanism, Saito et al., XVIII International Plant Nutrition Colloquium (2017)
・ Molecular mechanism of the constitutive phosphorylation of the major light-harvesting antenna complex protein in iron-deficient barley, Saito et al., 18th International Symposium on Iron Nutrition and Interaction in Plants (2016)