研究内容の紹介
このページでは和崎研で行われている研究について紹介しています。
（2022年5月8日更新）
環境低負荷型農業を目指した根圏機能活用に関する研究
植物の生産に欠かせない資源であるリンは、数十年以内に枯渇が懸念される資源でもあります。その一方で、耕地への長年の施用などにより、環境中へのリンの負荷も懸念されています。こうした問題に対して、植物のリン吸収機能を活用することで作物のリンの吸収効率を高めることができると考えられます。そのの方策の一つとして、根からの分泌物を通したリンの吸収能力の高いルーピンを一般的な作物と混植（一緒に植えること）することによって根圏を共有させ、作物のリン吸収効率を向上する試験を行っています。
この研究に関係する論文
和崎 淳. (2012)リン酸資源の枯渇に対応したリン栄養研究. 2.有機態リン酸の利用. (講座) 日本土壌肥料学雑誌, 83(2), 177-182.
和崎 淳. (2013) 植物による難利用性リン酸利用のしくみと活用の可能性. 土づくりとエコ農業, 45(513), 10-15.
Dissanayaka, D.M.S.B., Maruyama, H., Masuda, G., Wasaki, J. (2015) Interspecific facilitation of P acquisition in the intercropping of maize with white lupin in two contrasting soils as influenced by different rates and forms of P supply. Plant and Soil, 390(1), 223-236.
和崎 淳、丸山 隼人、俵谷 圭太郎. (2015) 植物栄養学を生かした農業生産技術について. 3.リン酸栄養について－植物における難利用性リンの有効利用法－. 日本土壌肥料学雑誌, 86(3), 213-218.
Dissanayaka, D.M.S.B., Wickramasinghe, W.M.K.R., Marambe, B., Wasaki, J. (2017) Phosphorus-mobilization strategy based on carboxylate exudation in lupins (Lupinus, Fabaceae): a mechanism facilitating the growth and phosphorus acquisition of neighboring plants under phosphorus-limited conditions. Experimental Agriculture, 53(2), 308-319.
Dissanayaka, D.M.S.B., Wasaki, J. (2021) Complementarity of two distinct phosphorus acquisition strategies in maize-white lupin intercropping system under limited phosphorus availability. Journal of Crop Improvement, 35(2), 234-249.
自然環境に適応した植物の養分吸収や環境適応に関する研究
モデル植物としてもっとも多く用いられているシロイヌナズナは、日本だけでなく世界各地に広く分布することから、温度、湿度、養分、pHなど多くの環境要因が大きく異なるところに適応していると考えられます。シロイヌナズナの自然系統は世界中から集められたものが利用可能となっているので、これを材料として土耕栽培などを行い、養分吸収の特性と適応の仕組みについて明らかにするための研究を行っています。また、火山ガスの噴出する強酸性環境下に生育する植物の適応機構、これに関わる微生物の役割についても解析を行っています。
この研究に関係する論文
Ohkama-Ohtsu, N., Wasaki, J. 2010. Recent Progress in plant nutrition research: Cross-talk between nutrients, plant physiology and soil microorganisms. Plant and Cell Physiology, 51(8), 1255-1264.
山内 大輝、丸山 隼人、内田 慎治、向井 誠二、坪田 博美、和崎 淳. (2015) 日本産ヤマモガシ（Helicia cochinchinensis Lour.，ヤマモガシ科）のクラスター根の発見. 植物研究雑誌. 90(2), 103-108.
丸山 隼人、和崎 淳. (2017) 低リン条件で房状の根を形成する植物の機能と分布. (解説) 化学と生物, 55(3), 189-195.
Yamamoto, A., Wasaki, J., Funatsu, Y., Nakatsubo, T. (2018) Distribution and stress tolerance of Fimbristylis dichotoma subsp. podocarpa (Cyperaceae) growing in highly acidic solfatara fields. Ecological Research, 33(5), 971-978.
Masuda, G., Maruyama, H., Lambers, H., Wasaki, J. (2021) Formation of dauciform roots by Japanese native Cyperaceae and their contribution to phosphorus dynamics in soils. Plant and Soil, 461(1-2), 107-118.
山本 晃弘、和崎 淳、船津 勇一、大崎 壮巳、中坪 孝之. 九州地方の硫気荒原における外来草本メリケンカルカヤAndropogon virginicus L.の侵入. 保全生態学研究, (in press).
低リン耐性の高いイネ品種における耐性機構の解析
我が国の主要作物であるイネは、これまでの育種の過程でリン栄養の要求性という形質にはあまり注目されてきませんでした。この10年来のリン鉱石資源の枯渇やリン酸質肥料価格の高騰を踏まえると、将来的にリン栄養の要求性が低く、高品質なイネ品種の育成が重要となると考えられます。私たちは、これまでに赤米（山形）という品種が低リン耐性が高く、その仕組みには一度取り込んだリンをうまく使うことができること（リン利用効率が高い）、根を大きくする能力によりリン吸収能力が高いことが寄与することを明らかにしてきました。これらの性質がどのようにもたらされているかを明らかにするとともに、将来的に有用品種の育成につなげることを目標にして研究に取り組んでいます。
この研究に関係する論文
Dissanayaka, D.M.S.B., Maruyama, H., Nishida, S., Tawaraya, K., Wasaki, J. (2017) Landrace of Japonica rice, Akamai exhibits enhanced root growth and efficient leaf phosphorus remobilization in response to limited phosphorus availability. Plant and Soil, 414(1-2), 327-338.
Nishida, S., Dissanayaka, D.M.S.B., Honda, S., Tateishi, Y., Chuba, M., Maruyama, H., Tawaraya, K., Wasaki, J. (2018) Identification of genomic regions associated with low phosphorus tolerance in japonica rice (Oryza sativa L.) by QTL-Seq. Soil Science and Plant Nutrition, 64(3), 278-281.
Tawaraya, K., Honda, S., Cheng, W., Chuba, M., Okazaki, Y., Saito, K., Oikawa, A., Maruyama, H., Wasaki, J., Wagatsuma, T. (2018) Ancient rice cultivar extensively replaces phospholipids with non-phosphorus glycolipid under phosphorus deficiency. Physiologia Plantarum, 163(3), 297-305.
Dissanayaka, D.M.S.B., Nishida, S., Tawaraya, K., Wasaki, J. (2018) Organ-specific allocation pattern of acquired phosphorus and dry matter in two rice genotypes with contrasting tolerance to phosphorus deficiency. Soil Science and Plant Nutrition, 64(3), 282-290.
Dissanayaka, D.M.S.B., Plaxton, W.C., Lambers, H., Siebers, M., Marambe, B., Wasaki, J. (2018) Molecular mechanisms underpinning phosphorus-use efficiency in rice. Plant, Cell and Environment, 41(7), 1483-1496.
土壌中での物質循環に関わる植物-微生物間相互作用
土壌中に存在するリンは、多くが有機化合物として存在しています。この有機態リンが植物が利用するには根圏で分解する必要があります。植物自身が有機態リンを分解する酵素（酸性ホスファターゼ）を分泌するとともに、植物-微生物間相互作用が関わることもわかってきました。土壌中に多く残っている有機態リンの利用能力の向上を目的として、主にルーピンの根圏を対象に、有機態リンの分解に関わる微生物生態系の解析を行っています。
この研究に関係する論文
Unno, Y., Okubo, K., Wasaki, J., Shinano, T., Osaki, M. 2005. Plant growth promotion abilities and micro-scale bacterial dynamics in the rhizosphere of lupin analyzed by phytate utilization ability. Environmental Microbiology, 7 (3), 396-404.
Sakurai, M., Wasaki, J., Tomizawa, Y., Shinano, T., Osaki, M. 2008. Analysis of bacterial communities on alkaline phosphatase gene in organic matter applied soil. Soil Science and Plant Nutrition, 54(1), 62-71.
和崎 淳、丸山 隼人. (2015) リン循環に関わる生物の機能に迫る分子生物学的手法. 地球環境, 20(1), 97-102.
Wasaki, J., Sakaguchi, J., Yamamura, T., Ito, S., Shinano, T., Osaki, M., Kandeler, E. (2018) P and N deficiency change the relative abundance and function of rhizosphere microorganisms during cluster root development of white lupin (Lupinus albus L.). Soil Science and Plant Nutrition, 64(6), 686-696.
Dissanayaka, D.M.S.B., Wasaki, J. (2021) Complementarity of two distinct phosphorus acquisition strategies in maize-white lupin intercropping system under limited phosphorus availability. Journal of Crop Improvement, 35(2), 234-249.
Matsushima, C., Shenton, M., Kitahara, A., Wasaki, J., Oikawa, A., Cheng, W., Ikeo, K., Tawaraya, K. (2021) Multiple analysis of root exudates and microbiome in rice (Oryza sativa) under low P conditions. Archives of Microbiology, 203(9), 5599-5611.
植物がリンを吸収するために分泌する物質についての研究
リンは、難溶性リンあるいは有機態リンの形で多く土壌中に残留しています。リンをうまく使うことのできる植物は、難溶性リンからリンを放出するために有機酸を、有機態リンを分解するために酸性ホスファターゼを分泌します。これらの分泌物質は微生物とともに根圏という生態系を形作る上で非常に重要な要素となっているため、分泌物質の機能、分泌誘導の機構などの解明に取り組んでいます。
この研究に関係する論文
Wasaki, J., Kojima, S., Maruyama, H., Haase, S., Osaki, M., Kandeler, E. 2008. Localization of acid phosphatase activities in roots of white lupin plants grown under phosphorus-deficient conditions. Soil Science and Plant Nutrition, 54(1), 95-102.
Wasaki, J., Maruyama, H., Tanaka, M., Yamamura, T., Dateki, H., Shinano, T., Ito, S., Osaki, M. 2009. Overexpression of LASAP2 gene for secretory acid phosphatase of white lupin improves P uptake and growth of tobacco plants. Soil Science and Plant Nutrition, 55(1), 107-113.
Maruyama, H., Yamamura, T., Kaneko, Y., Matsui, H., Watanabe, T., Shinano, T., Osaki, M., Wasaki, J. 2012. Effect of exogenous phosphatase and phytase activities on organic phosphate mobilization in soils with different phosphate adsorption capacities. Soil Science and Plant Nutrition, 58(1), 41-51.
山内 大輝、丸山 隼人、内田 慎治、向井 誠二、坪田 博美、和崎 淳. (2015) 日本産ヤマモガシ（Helicia cochinchinensis Lour.，ヤマモガシ科）のクラスター根の発見. 植物研究雑誌. 90(2), 103-108.
Wu, L., Kobayashi, Y., Wasaki, J., Koyama, H. (2018) Organic acid excretion from roots: A plant mechanism for enhancing phosphorus acquisition, enhancing aluminum toxicity tolerance, and recruiting beneficial rhizobacteria. Soil Science and Plant Nutrition, 64(6), 697-704.
Maruyama, H., Sasaki, T., Yamamoto, Y., Wasaki, J. (2019) AtALMT3 is involved in malate efflux induced by phosphorus deficiency in Arabidopsis thaliana root hairs. Plant and Cell Physiology, 60(1), 107-115.
植物の低リン耐性の分子機構に関する研究
(1) 網羅的解析
これまで、植物に低リン耐性があることは理解されていたものの、その分子機構はあまり詳細にはされていませんでした。20世紀末頃から植物においてもゲノム解析が進展し、その情報を基にした網羅的解析手法を適用することが可能になりました。この課題では、モデル植物としてイネ、ミヤコグサ、シロイヌナズナを用い、トランスクリプトームやプロテオームなどの網羅的手法により、植物の低リン耐性の分子メカニズムを解明することを目的としています。
この研究に関係する論文
Wasaki, J., Yonetani, R., Kuroda, S., Shinano, T., Yazaki, J., Fujii, F., Shimbo, K., Yamamoto, K., Sakata, K., Sasaki, T., Kishimoto, N., Kikuchi, S., Yamagishi, M., Osaki, M. (2003) Transcriptomic analysis of metabolic changes by phosphorus stress in rice plant roots. Plant Cell and Environment, 26 (9), 1515-1523.
Wasaki, J., Shinano, T., Onishi, K., Yonetani, R., Yazaki, J., Fujii, F., Shimbo, K., Ishikawa, M., Shimatani, Z., Nagata, Y., Hashimoto, A., Ohta, T., Sato, Y., Miyamoto, C., Honda, S., Kojima, K., Sasaki, T., Kishimoto, N., Kikuchi, S., Osaki, M. (2006) Transcriptomic analysis indicates putative metabolic changes caused by manipulation of phosphorus availability in rice leaves. Journal of Experimental Botany, 57(9), 2049-2059.
Fukuda, T., Saito, A., Wasaki, J., Shinano, T., Osaki, M. (2007) Metabolic alterations proposed by proteome in rice roots grown under low P and high Al concentration under low pH. Plant Science, 172(6), 1157-1165.
Nishida, S., Dissanayaka, D.M.S.B., Honda, S., Tateishi, Y., Chuba, M., Maruyama, H., Tawaraya, K., Wasaki, J. (2018) Identification of genomic regions associated with low phosphorus tolerance in japonica rice (Oryza sativa L.) by QTL-Seq. Soil Science and Plant Nutrition, 64(3), 278-281.
Matsushima, C., Shenton, M., Kitahara, A., Wasaki, J., Oikawa, A., Cheng, W., Ikeo, K., Tawaraya, K. (2021) Multiple analysis of root exudates and microbiome in rice (Oryza sativa) under low P conditions. Archives of Microbiology, 203(9), 5599-5611.
山田 大綱、和崎 淳. (2021) 3.多量ミネラル リンの輸送・吸収とホメオスタシス機構. (進歩総説). 日本土壌肥料学雑誌, 92(2), 92-98.
(2) 植物体内のリンの有効利用能の解明
植物の低リン耐性は、体外（根圏）からの吸収能力の強化と体内に取り込んだリンの有効利用に大きく分けることができます。この課題では、植物がリンを有効利用するために理解しておくべき事柄として、植物体内のリンの有効利用に関わるメカニズムの解明に取り組んでいます。特筆すべきは、上記の網羅解析により単離されたイネの遺伝子OsPI1です。この遺伝子はタンパク質をコードせず、mRNAのままで働くnon-coding RNAであると考えられ、リンの再転流を調節しているらしいことが示されました。また、最近、シロイヌナズナから、リンの有効利用能に深く関与していると考えられる遺伝子を複数個単離し、その機能解析にも取り組んでいます。
この研究に関係する論文
Wasaki, J., Yonetani, R., Shinano, T., Kai, M., Osaki, M. 2003. Expression of the OsPI1 gene, cloned from rice roots using cDNA microarray, rapidly responds to phosphorus status. New Phytologist, 158 (2), 239-248.
Nanamori, M., Shinano, T., Wasaki, J., Yamamura, T., Rao, I.M., Osaki, M. 2004. Low phosphorus tolerance mechanisms: phosphorus recycling and photosynthate partitioning in the tropical forage grass, Brachiaria Hybrid cultivar Mulato compared with rice. Plant and Cell Physiology, 45 (4), 460-469.
Shinano, T., Nanamori, M., Dohi, M., Wasaki, J., Osaki, M. 2005. Evaluation of phosphorus starvation inducible genes relating to efficient phosphorus utilization in rice. Plant and Soil, 269(1-2), 81-87.
Tawaraya, K., Honda, S., Cheng, W., Chuba, M., Okazaki, Y., Saito, K., Oikawa, A., Maruyama, H., Wasaki, J., Wagatsuma, T. Ancient rice cultivar extensively replaces phospholipids with non-phosphorus glycolipid under phosphorus deficiency. Physiologia Plantarum, (in press).
Dissanayaka, D.M.S.B., Nishida, S., Tawaraya, K., Wasaki, J. Organ-specific allocation pattern of acquired phosphorus and dry matter in two rice genotypes with contrasting tolerance to phosphorus deficiency. Soil Science and Plant Nutrition, (in press).
Dissanayaka, D.M.S.B., Plaxton, W.C., Lambers, H., Siebers, M., Marambe, B., Wasaki, J. Molecular mechanisms underpinning phosphorus-use efficiency in rice. Plant, Cell and Environment, (in press).
貧栄養条件で形成される特殊な根の機能と形成過程に関する研究
一部の植物は、リン欠乏などの貧栄養条件下で特殊な形状の根を形成します。ルーピンの場合には「クラスター根」と呼ばれる房状の根を形成し、根から多量の酸性ホスファターゼや有機酸を分泌することによって根圏に存在する難利用性のリンの吸収効率を高めることが知られています（実物の写真はintroductionのページにあります）。こうした興味深い現象が知られているものの、この根の形態がどのように形作られるのかや、機能がどのように発現するのかなどの仕組みは明らかになっていないことが多くあります。そこで、これらのことを明らかにするための研究に取り組んでいます。
この研究に関係する論文
Wasaki, J., Yamamura, T., Shinano, T., Osaki, M. 2003. Secreted acid phosphatase is expressed in cluster roots of lupin in response to phosphorus deficiency. Plant and Soil, 248 (1), 129-136.
Wasaki, J., Rothe, A., Kania, A., Neumann, G., Römheld, V., Shinano, T., Osaki, M., Kandeler, E. 2005. Root exudation, P acquisition and microbial diversity in the rhizosphere of Lupinus albus as affected by P supply and atmospheric CO2 concentration. Journal of Environmental Quality, 34(6), 2157-2166.
Wasaki, J., Kojima, S., Maruyama, H., Haase, S., Osaki, M., Kandeler, E. 2008. Localization of acid phosphatase activities in roots of white lupin plants grown under phosphorus-deficient conditions. Soil Science and Plant Nutrition, 54(1), 95-102.
丸山 隼人、和崎 淳. (2017) 低リン条件で房状の根を形成する植物の機能と分布. (解説) 化学と生物, 55(3), 189-195.
Masuda, G., Maruyama, H., Lambers, H., Wasaki, J. (2021) Formation of dauciform roots by Japanese native Cyperaceae and their contribution to phosphorus dynamics in soils. Plant and Soil, 461(1-2), 107-118.
Yamada, H., Nishida, S., Wasaki, J. Ethylene works as a possible regulator for the rootlet elongation and transcription of genes for phosphorus acquisition in cluster roots of Lupinus albus L. Soil Science and Plant Nutrition, (in press).