令和5年3月14日
国際農研
ウィーン大学

BNI研究の進展に貢献する「PANOMICSアプローチ」
―植物の根と土壌微生物の相互作用の解明に期待―

　令和5年1月、国際農研とオーストリアにあるウィーン大学の研究グループによる、生物的硝化抑制（BNI：Biological Nitrification Inhibition）における植物と土壌微生物の相互作用を解説した論文が、Cell Press発行の米国国際植物科学総説雑誌『Trends in Plant Science』に掲載されました。
　本総説では、植物自身が根から物質を分泌し、硝化を抑制するBNI物質の新たな探索手法として「PANOMICSアプローチ」の活用を提唱しています。PANOMICSアプローチとは、メタボロミクス ⁴⁾、プロテオミクス ⁵⁾などにより、ゲノム情報を基礎として、生体を構成している様々な分子を網羅的に解析し、得られたデータを、数理モデルを用いて俯瞰的に活用する手法です。
　根の周辺、数mm以内の根圏 ⁶⁾には、土壌1gあたり100億もの土壌微生物が存在するとされ、様々な機能を有していると考えられています。植物と土壌微生物には相互作用があり、これを活用することが期待されていますが、植物の根は地下に存在することから、地上部に比べて観察や測定が困難とされてきました。
　近年、オミックス解析の技術革新、計算機科学の進展により、様々な機能の鍵因子の抽出や重要な経路の特定など、生物間の相互作用をより深く理解し、制御することが可能になっています。オミックス解析を用いたヒトと微生物との相互作用については研究例が多く、複雑な相互作用のネットワークが形成されていることが明らかになりつつありますが、植物と土壌微生物の相互作用、特に、根圏における相互作用については研究例が少なく、方法論すら未確立な状況です。
　本総説でBNIが注目されたのは、BNIが根圏における植物と土壌微生物の相互作用を活用していること、すなわち、植物の根から分泌されるBNI物質によって、土壌硝化菌の活動が抑制され、土壌中のアンモニウムの硝化（アンモニア態窒素から硝酸態窒素へと酸化する経路）を遅らせる現象が科学的に解明されており、結果として、施肥量が少なくても作物の生産性を高めることができる技術（BNI技術 ⁷⁾）として、今後の実用化が期待されているからです。BNI技術による相互作用の鍵となるBNI物質の探索手法として、複数のオミックス解析を組み合わせたPANOMICSアプローチを活用することは、BNI研究の進展に貢献するだけで無く、植物の根と土壌微生物の相互作用の解明に繋がることが期待されます。
　国際農研は、世界に先駆けて開発したBNI技術の深い理解を基に、窒素肥料に由来する農業からの環境負荷を低減する技術の開発を目指しています。令和3年8月31日プレスリリース「世界初！少ない窒素肥料で高い生産性を示すコムギの開発に成功」など、BNI技術の実用化に向けた研究を推進すると共に、国際的なBNI研究を束ねるBNI国際コンソーシアム ⁸⁾ を主宰しており、コンソーシアムメンバーであるウィーン大学と、PANOMICSアプローチによるBNIのより深い理解を目指して共同研究を推進しています。
　国際農研は、世界の共同研究機関と共に、温室効果ガスと水質汚濁物質を削減するBNI強化作物の開発を推進しています。これにより、農業の生産力と持続性を高め、みどりの食料システム戦略 ⁹⁾ の推進に寄与していきます。

関連情報

予算

運営費交付金プロジェクト「生物的硝化抑制（BNI）技術の活用による低負荷型農業生産システムの開発」

論文著者

A Ghatak, P Chaturvedi, S Waldherr, GV Subbarao, W Weckwerth

論文タイトル

PANOMICS at the interface of root-soil microbiome and BNI

雑誌

Trends in Plant Science
DOI: https://doi.org/10.1016/j.tplants.2022.08.016

国際農研（茨城県つくば市）理事長　小山　修

研究推進責任者：

国際農研 プログラムディレクター　林　慶一

研究担当者：

国際農研　生産環境・畜産領域　グントゥール V. スバラオ
ウィーン大学　ウィーンメタボロミクスセンター　ウォルフラム　レックワース

広報担当者：

国際農研 情報広報室長　大森　圭祐
プレス用　e-mail：koho-jircas@ml.affrc.go.jp