東北大学遺伝生態研究センター年報 1992
著者
東北大学遺伝生態研究センター
発行年
1992-03
挨 拶
東北大学遺伝生態研究センターは,昭和63年4月に発足し,平成3年度は発
足4年日にあたる｡この時期に我々は,センターの全国共同利用施設としての
機能をさらに充実すべく,ワークショップについても,その議論すべき課題を
次第に集約し,従来年間4-5件を開催していたものを,今年度は重点課題2
件とし,そのなかでは今までなかったような新しい試みも行った｡それらの成
果は, IGEシリーズとして刊行している出版物に詳しいが,その大要は本年
報にも収録されている｡
また,センターの活動を内外にお知らせするために,センター通信, News
Letterなども従来通り発行を続行している｡本年報は上記のI GEシリーズ,
センター通信, News Letterの他に,センターの経常的研究を含めた年間の活動を集約したものとして,毎年発行しているもので,ここに1991年における活
動を年報第4号として,印刷に付することとした｡
ここに,年報第4号を発行するにあたり,全国共同利用施設としての機能を
踏まえての,当センターの活動に対して,関係各位の一層のご支援をお願いし
て挨拶に代える次第である｡
1992年 3 月東北大学遺伝生態研究センター長
菅 一洋目 次
第一部 各部門の研究
生態生理研究部門 適応生態研究部門 遺伝子生態研究部門環境情報研究部門
生態システム研究部門(客員部門)第二部 共同利用研究
ワークショ ップ共同利用研究
I GEシr)-ズの紹介 センター通信およびニュースレターへの寄稿･第三部 その他の研究活動
センターの大学院生･研究生等の名簿 センタースタッフ 1 m 1 7 2 1 26 1 6 0 3 3 3 4 4 5 6 '4 4第一部
∼∼∼∼∼生態生理研究部門∼∼∼∼∼
本研究部門では,植物や微生物のそれぞれの種に特異的な遺伝子情報の発現と生態因子との関
わりを主として研究している｡すなわち,微生物から高等植物まで,すべての生物が有する特定 の形態や行動(能力)は,その生物に組み込まれている遺伝子に基礎をもつが,その発現は光や 重力,さらに温度や湿度などその生物体を取り巻いている生態因子によって大きな影響を受ける｡ 本研究部門では,菌類や単細胞性藻類などの微生物,それにイネを含む高等植物を材料として, これらの遺伝子発現に及ぼす生態因子の影響とその作用機作を,主として遺伝学的また生理学的 方法を用いて解析している｡ ヒゲカビ(Phycomyces)は菌糸上に高さ15cm以上にも生育する胞子葉柄を分化するが,これは光 や重力など種々の外的要因に対して敏感に反応する｡特に,まだ受容体の同定されていない青色 光によって,胞子嚢柄の屈曲のみならず多くの形態形成が制御されているが,その機構を解明す る手段の一つとして,青色光誘導遺伝子のクローニングを試みた｡まず,多くの光反応異常変異 株の単離,その変異株を効率的に単離するための単核胞子生産変異株の開発(Trams. Mycol. Soc. 丁ap. ),若い胞子嚢柄へ外来遺伝子を直接注入することによって達成された効率的な形質転 換系の開発(Jpn. J. Genetics),そして特定の遺伝子やDNAライブラリーから得られた遺伝子 をヒゲカビに導入するためのコスミドベクターの開発を行い,ほぼその目的を達成したo現在. 青色光反応に関与する遺伝子の検出を行っている｡さらに,ヒゲカビに見られる光反応現象の解析として,胞子嚢柄の光屈性の光学的解析(Bot. Mag. Tokyo),光屈性と重力屈性との平衡関 係の解析(Exp` Mycol),接合反応の遺伝学的および電子gE]･郎故錆による形態学的解析,胞子葉 柄形成の欠損変異株の遺伝学的解析,そして胞子嚢柄に含まれる結晶性タンパク質の動向と生化 学的な分析を行っている｡ (大瀧 保,官署 厚,山崎 裕,福井 丈,石川似子,阿久津健一, 大場健一) 昨年度から｢紫外線量の増大,あるいは他の環境因子がどのように複合的に柄物や微生物の生 育,生態系に変化を与え,生物が本来有している能力の発現に影響を及ぼすのかを.解析し,こう した環境変化により効果的に対応するのに必要な遺伝資源を探索する｣バイオクライトロン研究 を計画し,一連の研究を行なおうとしている｡今年度は, (1)バイオクライトロン装置の作製, (2) UV-Bを多く含む近紫外光はイネにダメージを与えるが,この効果には品種間差異が存在するこ と,その差異は近紫外光に対する感受性の差,あるいは可視光による修復能力の差によること (with佐藤浩志), (3)近紫外光が柄物と微生物の生態系に与える影響の検討をホウレンソウの立
- 1 -枯れ病をモデルにして開始した｡ (with本田雄一,島根人) 同一種の中での地理的変異は集川間に様々な分化をもたらす衷安な要因であるo タネツケバ十 の開花までに要する日数が同一緯度卜で日本海側で著しく短いことは,生理的令の進行を早める 何らかの要田が,あるいはより早く開花する個体のみが生き残ることが出来る条件が,種の維持 とどのような関連でそれらの環境の中にあるあかが問題となる｡開花が遅いことによって,高緯 度の太平洋側ではそれだけ大きなサイズのロゼットを形成する｡このロゼット形成か太平･洋側の どのような環境と対応しているのか,また,集団維持にどのような関わりをしているのか,これ らは現在山元(宮城)と新潟に設定した野外個体群動態試験区からのデータによって解析が進め られている｡一万,緯度の北上に伴う開花の遅延は,明らかに光同期に対する反応のずれによる と考えられ,緯度別の集団を用いて光周性反応の違いが調べられている｡開花が早い集団は,光 周性に依存しないフェノロジーを示し,周年的な結実種子散布をするが,開花が遅い集団は,光 同性に依存し,主として春の結実によって集団を維持している可能件が高い｡発表成栄:生態シ ステム研究部門を参照(石栗義雄) 先端成長をする黄緑色藻ケノサイト,オカフシナシミドロrVaucheria terrestris)の光同性が, 細胞先端での青色光に依存するCa2+の流入によって制御されていることを明らかにしつつある｡ Ca2十は光屈性が発現するまでの反応鎖の少なくとも2箇所で関与している｡すなわち,青色光受 容の感度を調節し,屈曲方向を光強度に応じて正か負かに決定する｡先端生長は先端小胞の分泌 (エクソサイトシス)活動によって起こるが,この活動も Ca2十を必要とするので, 3箇所とい うこともできる｡それぞれ,最適の細胞内濃度が異なっている｡細胞内Ca2+濃度の一時的L昇 が正光々引隼の閥値を下げ,強光下でCa2+流入が引き続いて,細胞内Ca2+レベルが一定期間過 剰となると負光屈性に切り替わるらしい｡ Ca2+チャンネル阻害剤やアルゴンレ-ザ- (基生研, 渡辺正勝と共同)を用いることにより解析を進めている｡細胞内Ca2+濃度の変化を測定するた め,イクオリンの細胞内注射にも着手している(放送大学,菊LLJ宗弘と共同)し､光屈件だけでなく, 先端膨張反応やプロトプラストからの藻体の発芽-極性も青色光によって起こる-･時的,局所的な Ca2+濃度の上昇が関係しているらしい｡これらの細胞機構を明らかにしようとしているo 負光岨性に切り替わる光強度が異なる V. teryleStn'Sの株を仙否近郊でいくつか採取し,無菌培 養に挑戦中である｡それらのCa2+依存性を調べ,生育地の光強度やCa2+濃度などの生態条件 との対応関係の有無を調べている｡また,ヨ一口､ソパ各地で採取し分離した広塩性のフシナシミド ロrV. dichotoma)の生長特性や光屈性反応を稚内及び柿間で比較解析Lている｡ (片岡博rl,1.'J)
1991年1月∼1991年12月に印刷発行された本研究センター職員の論文,
著書の抄録
Ootaki, T., Orihara, N., Umemura, S., Yabe, S. and Miyazaki, A.: A mutant of
Phycomyces bklkesleeanus with a high proportion of uninucleate spores. Trans. Mycol.
Soc. Japan, 32. 87-102, 1991.
Vegetative spores of glgantlC SPOrangiophores (macrophores) of Phycomyces are
haploid and multinucleate. We found that the spores of dwarf sporangiophores (microphores)
were also multinucleate. We lSOlated a nuclear mutant (genotype, nuc) by NTG
mutagenesis, of whlCh both the macro- and microphores produce a high proportion of uninucleate spores. Many macrophore spores of the mutant, includlng uninucleate spores,
Contained enlarged nuclei with or without normal-sized nuclel. The spores with enlarged nuclel Were larger than the corresponding spores with normal nuclei alone. The fluorescence
intensity of DAPLstained nuclei implied that some of these enlarged nuc一ei might be
complex nuclei in which more than two nuclei had combined. UV-light was more lethal to the nuc-mutant spores than the wild-type ones, and uninucleate spores with enlarged
nuclel, aS Well as those with normal-sized nuclei, tended to be kl11ed 丘rst of all the
spore stocks. Thus, the nuc mutant isolated here produced a highproport10n Of functionally uninucleate spores, whlCh are lmpOrtant in the lSOlation of recesslVe mutants Of thlS fungus at highefficiency.
Ootaki, T., Miyazaki, A., Fukui, J.Kimura, Y., Umemura, S., Okazaki, Rリand JayaraI叫
M.: A highefhcient method for introduction of exogenous genes into Phycomyces
blakesleeanus. hn. ). Genei., 66. 189-195, 1991.
An efhcient method is descrlbed for obtaining transformants ln Phycomyces
bymicrolnjection of plasmid DNA carrying the kanamycin resistance gene from TnSO3 into a young sporangium. Approximately 9% of the colonies, germinated from the spores
which were developed in the sporangium, were resistant to G418 when a 36ng sample
of the transfoming plasmid DNA was lrUeCted into a sporangium. The transformatlOn
efficiency (transfomants / total colonies) was about 350 times hlgher than that (transfomants/
total protoplasts) obtained with the ordinary protoplast method.
Ootaki, T., Koga, K., Ito, H. and Tsuru, T. : Diameter and amount of β-carotene determine
the maximal phototropic bending angle of Phycomyces sporangiophores. : Bot. Mag., Tokyo 104:323-340, 1991.
Wild-type sporangiophores at stage IVb (final developmental stage after
sporan-glum formation) of Phycomyces show a pronounced positive phototropism to unllateral white
light･ We found that the maximalbending angle was larger in thin sporangiophores
than in thick ones, and larger in the sporangiophores containing a small amount of
β-carotene than in those containlng a large amount of it. These phenomena probably
occur because of the increase in length of intracellular light path or in the intracellular light-attenuation coefncient, as supported theoretically.
- 3 -Ootaki, T., Ishikawa, N., Tsuru, T.: The determination of the maximal bending angle in Phycomyces sporangiophores. Eゆen'menh21 Mycology, 15: 336･345･ 1991･
The maximalphototropic bending angle of the Phycomyces sporangiophore (spph)
was always smaller than 900 from the vertical. Experimental results, using a clinostat apparatus and both a gravitropic mutant and the wild-type Spphs placed vertically or
horizontally and illuminated from different directions, revealed that this angle resulted from a balance between a negative gravjtropism and a phototropism whose dlreCtion (positive or negative) and magnitude depended on the bending angle of the spph, because of the involvement of the optical propertleS Of the spph, probably the ratio of the
maximal light-fluence rate between the proximalside (Ip,mad and the distal side(ID, W)of the spph. Shadowing of the extension zone by the sporangium was estimated to be
complete only when the bending angle was langer than 86.40 from the vertical.
Miyazaki, A. and Fujii, T∴ Distribution of IAA and ABA in gravistimulated primary
roots of Zea mays. L Bat. Mag., Tokyo lO4:3091321, 1991.
The transport of L4CIIAA and 14C-ABA applied exogenously to root cap
toward the elongation zone was investigated in gravi- and llght-Stimulated primary roots
of Zea mys L. cv. Golden Cross Bantam 70･ No significant difference of either IAA
or ABA in radioactivities was observed between upper and lower halves of elongatlOn
zones during the latent peri∝l (0-60 min after the stimulation) of gravitropic response･
When quantitative analysis of endogenous IAA and ABA by an internal standard method was carried out 60 mln after gravi- and/or light-stimulation, no asymmetric redistribution of either IAA or ABA was observed between upper and lower halves of elongation
zones. Light irradiatlOn increased by 20% the contents of ABA in elongation zones.
These results suggest that althoughboth IAA and ABA are basipetally transportable
and can transmit their lnfomation to the elongation zone during a latent perlOd we
cannot explain the gravitropic curvature by仇eir redistributions between the two (upper
and lower) haves of primary roots of Zea. On the basis of results from the present work
and previous papers, the distrlbution of IAA and ABA in gravistlmulated Zed roots is
discussed.
Goto, N., Kumagai, T., and Koomneef, M∴ Flowering responses to light-breaks in photomorphogenic mutants of Arlbidopsis thalhzna, a long-day plant. Physiol･ Plantリ
83: 2091215, 1991.
Flowering response and plant from of photomorphogenlC mutants (hyl, hy2,
hy3, hy4 and hy5) of Arabldopsis thalklna (L.), a long-day plant, were examined in long
and short days. There were only slight differences among genotypes including Landsberg wild typewith respect to the flowering tlme under long days. The effect of 1 hlight-(nlght)-breaks of far-red, blue and white light given in the middle of the dark period of plants grown under short days, was studied. Effects of far-red light applied at the end or the beginning of the main photoperiod on flowering and plant form were also
examined. The light-breaks with all the above mentioned light qualities promoted floral
lnitiation of all the genotypes includlng the wild type ln terms Of both the flowering
time and the number of rosette leaves. In general, far-red light was most effective.
It is possible to classify the hy-mutants into 3 groups by their responses to
light-breaks under short day conditions: (a) Mutants hy2 and hy3, which have a reduced
number of rosette leaves, and flower early. Red light is as effective as far-red light･
The wavelength of light-breaks IS relatively unimportant for flowering response. (b)
Mutants hy4, hy5 and Landsberg wild type, which have a greater number of rosette
leaves, and f一ower relatively late. The effectiveness of light-breaks is in the following
order, far-red, blue, and red light, which is in reverse order to the transformation
of phytochrome to the Pfr form. (C) Mutant hyl, which behaves anomalously with respect to relations between flowering time and number of rosette leaves; late flowering with reduced number of rosette leaves. Red, blue and far-red light are effective, but white light is ineffective for reducing the number of rosette leaves･
when far-red light was glVen ln the mlddle of the night or at the end of the mainphotoperiod, it markedly reduced the number of rosette leaves compared to those grown under short days for all the genotypeS, while when applied at the beginning of
the mainphotoperiod far-red light did not affect the number of rosette leaves･
Different effects on the plant form dependent on the time of treatment with far･red
light-breaks are also discussed.
Honda, Y. and Kumagai, T∴ Inhibition of near ultraviolet lighトinduced conidiophore
formation in Alternay由solani by blue light and its action spectrum TransI MycoL Soc. Japan, 32: 341-349, 1991.
A strain of Aliernarhl SOklni formed neither conidiophores nor conldiaintotal darkness. However, when dark-grown colonleS Were exposed to near-UV light, Conldiophore formation was induced, and conidia developed in a subsequent dark period･ when the colonies were irradiated simultaneously with blue light and near-UV light,
the induction of conidiophore formation was reversed･ An action spectrum for the reversion of inductlOn Of conidlOphore formatlOn had a peak near 385 nm in the UV-A
region and three peaks near 428, 469, and 482 mm in the blue region, while the
wavelengths above 500 nm had no effect･ The locatlOn Of those action peaks is
slmilar to that of the ubiquitous blue/UV-A light response. However, it is significant
that the action peak near 385 nm was ca･ 3･2 times higher than those in the blue
region. We concluded that the induction of conidiophore formation in this fungus
can be photoregulated by the antagonistlC aCtlOn Of blue and near-UV radiation thmlgh
the "mycochrome" system, as can occur ln Other fungi･ However, the difference in sensitivity to UV-A and blue radiation for reversing the induction of conidiophore
formation implies that a different type of Hmyc∝hromeH system from that found in Alternarkl tomato or Helmlnthosporium oyyzae might exist ln Alternarkl SOhzni･
Kumagai, T∴ Photomorphogenesis in fungi,一With special reference to photosporulation･ Trends in photochemistry & photobiology, vol･ 2'･ 1811198, 1991･
Introduction
Lighトdark cycle necessary for sporulation
conidial development photocontrolled by the Hmycochrome system"
Temperature and photocontrol of sporulation Carbon dioxide and photocontrol of sporulation
- 5 -Phot oreceptors
Consequence of light absorption
correlation between levels of cycllC nuCleutldes and photosporulation photoinduced changes of transcription and translatlOn
Photostimul us Concludlng remarks.
This review has shown the progress made during the last decade in the
fundamental study of the photocontrol of sporulatlOn ln fungi and the effects of certaln
environmental factors. Although there are relatively few data available, I hope that
this article will be helpful in stimulating renewed interest in the possibilities that the
changes ln the srxtctrum of solar radiation, whichmight be caused by changing global envlOrnmental conditions ln the future, may cause alterations ln fungal life, leading to
broad changes in the ecological situations･
Henschel, D., Kataoka, H･ and Kirst, G･ 0∴ Osmotic acclimation of the brackish
water xanthophyceae, VTauche血dichotoma (L･) MARTIUS: inorganic ion composition
and ami･no acides. Bot. Mag, Tokyo 104: 233-295, 1991･
The salinlty tolerance of Vaucherhl dichotoma･ a slphonous Xanthophycean alga was investigated･ The alga survived an external osmotic potential range between
74and 1, 176 mOsmol (ca. 2,5 and 40.0 ppt. lpartsperthousand])･ Turgor pressure was regulated in salinities ranging from 74 to 441 mOsmol･ With further increase
of the salinity, turgor pressure decreased from 153 to 9 mOsmol (0･44 to O･08 M恥
At 441 mOsmol salinlty the major intracellularions were present in the following c｡ncentrations (mM/1 cell water): K+, 145+; Na+, 90 ; sulphate, 91 : Cl I, 91･ Under the most severe salinity stress (1,176 mOsmol) the ionic concentrationincrased to (mM/I cell
water) : K･, 250 ; Na., 75 ; sulphate, 35 ; Cl , 351･ The content of amino aclds ‥
alanine (Ala), threonine (Thr) and glutamic acid (Glu) was lower, never exceedlng 5-ll
mM, however, the concentrations were positively correlated wlth sallnity･
片岡 博尚:屈性｡現代植物生硬学 4巻 環境応答(新免輝男縮) 朝倉書店, pp. 64-84, 1991. 糾倉書店から約10年前に刊行された植物生理学シリーズ｢環矧青報｣の光州隼の糊を全面改訂 し,光斥馴可三だけでなく,重力屈性や最近新たな発展の見られた化学l.jilq.,水分Jl州牛,接触脚や三な どの他の屈性反応.も糸Tう介した｡,叛似教科書のようにl州牛をオーキシン側ji輸送の結果と安易に結 論つけるのでなく,植物の細胞や特'/iZ器官が稚々の環境ベクトルをどのように,要谷L,処理して, 個々の屈曲反応を起こすのかを分かりやすく説明した｡ fdLr年の生態学的意弟や'j-:古生物学的展望 にも触れた･E･1蒙的教科藷である0 ､1与センター-の校数の研究者がこの分野て捌klL,その研究が国 際的に高く評価されていることがわかるし. (見出しをも-'てr^J答の概略糸I')介とする｡) 2. 3 届 件 a 光 間 作 1) 光跡件の分布と屈曲の仕組み l ) 突‖佃曲による光州牛と偏光肝l≠t:_
- 6 -li) 偏差生長による屈曲 2 ) 光屈件の機構 1) 光受容体 11) 光方向の′受芥 111) 光強度と反応の大きさ lV) 光強度に伴う屈ml方向の転換 V) 情報伝達物質と屈曲の発現 3) 光屈性の生態的意義 b.重力屈性 1) 重力屈性の分^Jと屈曲の仕組み 2) 重力刺激の受容 1) 毒力刺激 Il) クリノスタット iil) ′空谷部位 lV) 平衡石説 3 ) 刺激l受容から反(.LJtの発現 目 刺激変換-E Rft.迫説 11) 情報伝達一ホルモン Iil) 情報伝達-カルシウム 4) 電力WJ性の生態的意義 C その他の屈件 1) 水分屈性 2) 化学屈性 3) 接触畑作 4) 電')も偵作 片岡 博尚: 鳩光性発現のシグナルとしてのカルシウム｡細胞(ニューサイエンス社) Vol. 23:pp. 252-258, 1991. 植物は動物のように遠くまで移動することがてきないか.光や電力,あるいは水分や養分の勾 配などの方rr'･j性をも-'た環境-クトルに反応.し戒に力▲r.'りを変えることができるD このようtJ:闇曲 反応のうち,ベクトルの】FL･lさと対応したものをrl別件というo光ベクトルのfJlf.Jに対応したI汁=牛を 屈光性(光hA性, phototropism)という｡光の届かない地中て発芽した幼柄物はまず重力脚q=に よって地表をめさし,茎の一郎が地表に出るや,今度は届光性が発現して光に｢aJかって成長する｡ 重力T,qiLr牛がなければ,発芽した幼柄物は日の目を見ることなく化んでしまうだろうo このように 稚々の屈惟反応が射六･環の巾で主となり従となって,植物をてきるたけ過Lた生活環境へとrL',Jか わせているo 種々の屈性のなかでも,屈光性は最適の光介成を保証する重要な反応であるが.機構的には光 合成とは関係がない近紫外一青色光を吸収する未知の色素に導かれる生稗反応である｡光介成を
- 7 -行わない那良やモヤシも活発なI出光性を小す｡ J',li,光作の研究は王立( ,初期にオーキシンの発比と その不均等分布が高等植物ての屈伸の作Hは(effector)であることを明らかにしたが,いまでも 光′受容体やイi言号変換過fl.'(transduction)については何もわか-'ていfdL･いo荏頬などの下等植物や 簡粕ではオ-キンン以外の未知の作用系が働いている｡筆者はオ-キシンにとらわれすきないて 切光性の共通の機構に近つくには,下等植物のJ7-が有利だろうと考え.黄緑色に属する多核細胞 (coenocyte). 7シナシミドロ(Vanchena)を用いてきたoそして敢近, 7シナシミトロの屈光性 の発現と光強度に対応した岨曲方rf･]の転換が.,青色光に依存して細胞内へ流入した*Jレンウムイ オンによって制御されていることを兄い出した｡これは屈光作だけでなく植物の青色光反応ての カルシウムの関与の間接的ながら最初の証拠である0 本稿では,まず先端成艮細胞の旭光性の仕組みを説明し,ついてカルシウムについての現存進 行中の研究をgP.介するDしかし,この研究はやっと絹についたはかりて,細胞内カルシウム濃度 の測定もできない.読者の批判と肋言を期待する(,
学会での口頭発表,展示発表
大瀧 保,津留俊介,石川似子,官署 厚:ヒゲカビ(Phycomyces)の胞子嚢柄における光IB性 の屈曲度の決定要因｡日本蔚学会第35回大会(5月30-31日,千葉) 大瀧 保,石川似子,官署 厚:ヒゲカt=11Phycomyces)胞子嚢柄における光柳生の屈曲度決定 の機構｡日本柄物学会第56回大会(9月13-15日,東京) 阿久津健一,官署 厚,大瀧 保:ヒゲカビ胞子のう柄に存在する結晶体の解析｡日本柄物学 会東北支部第5回大会(12月13-14日,山形) 福井 丈,宮等 厚,大瀧 保:新しい形質転換系によって得られたヒゲカビ形質転換体の諸 特性について｡日本植物学会東北支部第5回大会(12月13-14日,山形) 後藤伸治,熊谷 息Koormeef, M:アラビドプシス光形態形成突然変異の花芽形成における 光中断効果｡日本植物学会第56回大会(9月,都立大) 熊谷 忠,佐藤雅志:日本イネ品種の生育におよはす長波長紫外線照射の影翫第79回日本育 種学会(4月,玉川大) 片岡博尚,渡辺正勝:強い青色レ-ザ-光パルスで起こせるオカフシナンミドロの負光屈性反 応｡日本植物学会第56回大会(9月13-15日,都立大) 片岡博尚:光強度によって変わるフシナシミドロの光屈性の屈曲方向｡日本植物学会東北支部 第5回大会(12月13-14日,山形大)8 -その他の記事
大瀧 保: ヒゲカどの胞子嚢柄の光･重力屈性｡岡崎国立共同研究機構･基生研研究会(8 月23-24日,岡崎) 片岡 博尚:黄緑色藻フシナシミドロの青色光反応とカルシウムチャンネル｡東京大学海洋研 究所大槌臨海研究センター研究会(7月3日,大槌臨海研究センター)一 9 -∼∼∼∼∼適応生態研究部門∼∼∼∼∼
当研究部門では,耕地生態系を含む生態系に存在する植物の遺伝了一的変異を解明し,種々の環 境ストレスへの適応に有用な遺伝子資源の開発に資すると共に,これら特定環境に対する植物の 反応性,適応性を研究している｡平成3年度に得られた成果は次のようである0 地球外環境における植物生産の甚礎的研究を行うため,車力にたいする正常な反応を失ったオ オムギの突然変異系統を用いて検討した結果,微少重力の宇宙環境下では穀類の種了-生産が正常 に行われない可能性を示唆した｡また,この系統はジベレリン生成が正常系統にくらべて著しく 劣っていることを兄いだした｡ また,浮イネの深水条件下における急速な節間伸長による,適応の機構としての水浸漬による 節間伸長の機構を体内ジベレリン代謝との関係を調べ,仲良中の最上部節間には高い濃度のジベ レ,)ンが局在しているころ,および水浸漬によr)プール型から活性型-のジベレリンの代謝転換 が促進されることを明らかにした｡ さらに,イネの紫外線による障害はジベレリン生合成阻害剤により体内のジベレリン濃度をさ げると,著しく軽減されることを兄いだし,その遺伝行動を検討した｡紫外線刷生については, 雑種は弱い親の方にシフトするので,軒性は弱い万が優性形質のようであった｡ (菅 洋) 地球温暖化が,多くの基本種から構成される草地の群落構造やそれらの機能所産である生産力 などに及ぼす影響を知るため,聴熱帯相当の高温下で矩母型草地構成稗からなる実験モデル系を 供試し,刈取法による各章頬の生育反応を解析した｡ 2年目における卓類出現頻度を前年と比較 すると,シバは依然として優占種であり,アキメヒシバ,エノコログサ,スミレなどは増加し, 低頻度群のコナスどやシャコグサは減少･消滅したが,オオバコの株数は不変であった｡シバの 乾物生産は, 5-7月に開花期をもつヒメスイバやシロツメクサなど小耳'J_広葉葦椎の生育によっ て,前年同様影響を受けた｡シバの出穂茎数土去 高温継続区と冬季戸外区との間に有害差はない｡ 自然条件下では, 1年生草とされるアキメヒシバやエノコログサでは,初夏と秋季と2度出穂開 花するiDrL度適応的反応が認められ,スミレでは閉鎖花から柁十の形成をみたo また,島根県三瓶のネザサ･シバ7四:地で剖也植生調査を行い,資源植物椎の採取を行うとと もに,国内各地で収集した増殖保有中の捕物椎について鹿本ヂ-タの収集を行ったo (荘司舜-) 地球外環境における植物適応と開通して,根の定位制御について重力反応との関係から研究を 進めている｡これまで,根の定位制御には重力屈性だけでなく水分F.Lf･'.性-も弔要な役割を演じてお 1()-り,両者の屈性の発現程度は根が感受する重力刺激と水分刺激の量的バランスに強く依存するこ とを明らかにしてきた｡婁力刺激量及び水分刺激量を連続的に変化させた実験,重力屈性を消去 させるためのクリノスタ､ソトを用いた実験,重力感受性の違ういろいろな種類及び突然変異種の 根を利用した実験等から,無重量環境の宇宙における根の定位は重力屈性に代わって水分属性に よって制御され得るものと推測された｡さらに,重九 水分屈性のいずれでも刺激感受細胞は根 冠部に存在し,根冠部の細胞内カルシウムレベルの変化に関与した刺激伝達機構が養力及び水分 鳩性に共通している可能性を示した｡これまで,根の屈性は伸長借(屈曲部)片佃IJの伸長阻害に よるものと考えられてきたが,根冠におけるカルシウム濃度の増大が一過性的に根の伸長を促進 し,これが根の屈性にも関与している可能性を指摘したo現在,重力･水分屈性発現機構を解明 すべく研究を進め,その生態的意義について解析中である｡ (高橋秀幸) さらに今後の温暖化に伴う稲作生産の可能性と将来展望について基礎的な知見を得る目的で実 験を行ったoその結果,収量を左右する要因の一つである粗数(穎花数)の増減は二次桂根着生 頴花数の多寡によって一義的に決定されること,穎花数の減少には二次枝榎の退化率の寄与が 大きく影響すること,二次枝棟の退化率の多少には品種間差異があること,幼穂形成期以前ある いは以後の温度条件,即ち,昼22℃一夜15℃処理が28℃-21℃あるいは34℃127℃処理よりも穎 花数を増大させること,このことは,温暖化の柑空によっては,穎花数の減少傾向が高まること が予測されることが明らかとなった｡ 上記の結果は,生育前期(播種∼幼穂形成期)と生育後期(幼槽形成期∼出穂期)の温度条件 の違いによって出現する｡ (西沢武明)
1991年1月∼1991年12月に印刷発行された本研究センター職員の論文,
著書の抄録
suge, H., Sato, T. and Kumagai, T･: UV-B injury in rice plants: A genetic study JPn. I. Genet, 66: 3471361, 1991･
Application of aninhibitor ofgibberellin biosymthesis alleviated the UVIB in]ury in rice seedlings when tested for chlo/rophyll contentper unit fresh and dry
weight. A genetic study was conducted by crossing Tan-ginbozu, agibberellin-deRcient
mutant, against two noating cultivars that presumably containlarge amounts of
endogenous gibberellins. The heritabilities of plant height,and chlorophyll contentper unit fresh and dry weight were highinthe F･2 plants in non UVIB irradiated control
popolations. When those plants were treated with UV-B irradiation, the F,2 population
tended to shift to the lower range in the chlorophyll content per unit weight, and the value of heritability仇ICtuated depending on the cross and characters measured.
ilil -selection of plants that are highly resIStant tO UV-B irradiation can be possible made
by血ding the range of UVB energy that increases the difference between sensitive
and resistant, while also increasing the value of the heritability.
suge, H･ and Tiirkan, I･: Can plants normally produce seeds under microgravity in space? Japan. Jour. Crop. Sci" 60: 427･433, 1991･
Growth analysis wasperformed on a barley (Hoydeum vulgwe L･) mutant line showing an abnomal gravity response, and also on the orlglnal normal line･ The
repr∝luctive structures of mutant plants were quite different from the original nomal plants. Analysis by stratified clip meth∝l revealed difference in distribution of leaves,
stems, and heads, as well as leaf area index (LAI) in the mutant line caused by
diagravitropic or plagiogravitropIC growth. Mutant plants showed an abnormal gravity response even in the seedling stage･ In mutant but not normal plants, the direction of first･leaf gowth depended on the position of the embryo･ Seed production of mutant
plants was about 60% comparedwith mormal plants, even though net assimilation
ra!e (NAR) and relative growth rate (RGR) were not decreased･ Seed f占rtility of
mutant plants was correlatedwiththe angle txtween heads and gmund level･ HowENer･
when plants were tuned urside down, all heads, both mutants andnormal･were nearly vertical, and seed fertility recovered to a level that not slgnificantly different from
nomal plants. From these results, it was predicted that barley plants may not
produce seeds normally under microgravity･
Tiirkan, I. and Suge, H. : Localization of highConcentration of gibberellins in
elongating internodes of floating rice. Japan･ J･ Breed" 41 : 553-559, 1991･
Extremely highconcentraiOn of pool type ofgibberellinS (GAs) which was
detected by the Tan-ginbozu dwarf rice assay was found to be localized in the uppermost internodes of submerged and non-submerged noating rice plants･ However･
the level of the biologically active type of GAs which was detected by the
Waito-c dwarf riWaito-ce assay was higherinthe internodes of the submerged plantsinthose
of仙e non-submerged ones. Amounts of GAs in leaves were also found to be higher
in the submerged plants than in the non-submerged ones･
TGrkan, I. and Suge, H.: Survey of endogenous gibberellins jn a barley mutant
showing abnomal response to gravity. hn. J･ Genet･ 66: 41148, 1991･
Contents of endogenous gibberellins were surveyed in a barley mutant showing
abnomal response to gravity in comparison wi山仇e original normal line･ The contents were
assayed by usinggibberellin-sensitive dwarf rice strainsTan-ginbozu and Waito-C･ Gibberellin activities were found to be greatly reduced in the mutant line throughout
the growthperiod, and in different plant parts, i, e･, leaves, stems and heads･ After
heading time,gibberellin activities obtained by the Waito･C assay was es一杷Cially reduced
inthe mutant line. These results suggest that biosynthesis, especlally the ability in
the site of 3 8-hydroxylation, is greatly reduced in the mutant line･
12 -Kakizaki, Y∴ Effect of different temperatures given to the culm-base of rice plant on the emergence and elongation of its tiller under controlled environment. 丁ap. ∫. Crop S°i., 60: 82･90, 1991.
Theemergence and elongation of the tiller buds of rice plants are greatly
affected by the environmental temperature, especially by the temperature around the culm-bases where the tillers differentiate. TemI光rature switching from low to highand
vice versa was carried out and varieties used were Norin 1 and Zosan 1. The
experiments were conducted in growth cabinets at 25.C (light) and 18.C (dark),
The results: (1) Compared with血ose given no temperature treatment, tillers
increased in number in low temperature treatment (15.C). On the contrary, emergence
was inhibited in the hightemperature treatment (33oC). (2) In Zosan1,the emergence
of secondary tillers ceased completely, while in Norin 1, there were slX Secondary tillers in
the hightemperature treatment. (3) Inthe temperature switching treatments in the 8th leaf
stage of the main stems, the tillers which were i血ibited in growth during the supply of
hightemperature water emerged after switching in the fomer treatment, and, synchmnous
regularity was disturbed in this case. Inthe latter, on the contrary, those whlCh had emergedwithout interruption under low temperature conditions were inhibited in growth
after switching to hlghtemperature. The inhibition of emergence by hightemI㌍mture Was
more conspicuous in Zosan 1 of the heavy panicle type.
柿崎 洋生: 融雪剤(CaC12)投入水田での水稲生育｡日作東北支部報 No.34 P85-P86 1991. ここ数年来,冬期間のスパイクタイヤ使用による粉塵公害が叫けばれ,問題解決のため脱スパ イク運動が展開されてきている｡一方,今冬からはスパイクタイヤの使用は法規制を受け,全面 的に使用が禁止される｡仙台市では7-8年前から春先の粉塵が人体の健康に悪い影響を及ぼし ているとして使用の自粛が叫けばれてきている｡降雪時のトライパーの足の確保に機械による除 雪が追いつかず,その殆んどの道路は早朝から多量の塩化カルシウムの撒布による融雪が主体と なっているo撒布された融雪剤は融かされた雪と共に最終的には水田等の用水路に流入し,沈積 することが考えられるo融雪剤で融かされ.シャ-ベット状となって路側帯に寄せられた雪は歩, 車道の境界に植えられたネズミモチ等の小瀧木を枯らしている現実から,これらが長年に:H-.r)普 積された暁には,水稲の生育,収量にも何らかの影響が生ずるのではないかとの危供から1988年 より1990年の3ヶ年間,東北大学遺伝生態研究センタ-湛水生態系野外実験施設の水田を用いて 塩化カルシウムと水稲生育について実験を試みたO
Takahashi, H. and Scott, T. K∴ Hydrotropism and its interaction with gravitropism in
maize roots. Plant Physi01., 96: 5581564, 1991.
We have partlally characterized root hydrotropism and its interaction with
gravitropism in maize (Zed map L). Roots of Golden Cross Bantam 70, which require
light for orthogravitropism, showed positive hydrotropism; bending upward when placed
horizontally below a hydrostimulant (moist cheesecloth) in 85% relative humidity (RH )
and in total darkness. However, the light-exposed roots of Golden Cross Bantam 70 or
13 -r.Ots of a normalmaize cultivar, Burpee Snow Cross, showed positive gravitropism under
the same conditions ; bending doWlWard when placed horizontally below the hydrostimulant
in 85% RH. Light-exposed roots of Golden Cross Bantam 70 placed at 700 below the
horlZOntal plane responded positively hydrotropically, but gravitropism overcame the hydroト
roplSm When the roots were placed at 450 below the horizontal･ Roots placed vertlCally
with the tlp down in 85% RH bent to the side toward the hydrostimulant ln both cultivars, and light conditions did not affect the response･ Such vertical roots dld not respond when
the hunlidity was maintalned near saturation. These results suggest that hydrotropic and
gravitropic responses lnteraCtwith one another depending on theintensity of one or both factors. Removal of the approximately l･5 millimeter rood tip blocked both hydrotropic and
gravitropIC responses in the two cultivars･ However･ removal of vISible root tip mucilage
did not affect hydrotropism or gravitropism in either cultlVar･
Takahashi, H. and Suge, H･ : Root hydrotropism of an agravitropic pea mutant･
age-otropum. Physiol. Plantリ 82: 24-31, 1991.
We have partially characterized root hydrotropism of an agTavitropic pea mutant, ageotropum (from lbum sativum L･ cv･ Weibull's Weitor),･ without interference of gravitropism･ Lowering the atmospherlC air humidity inhibited root elongatlOn and caused root curvature toward the moisture-saturated substrate in ageotropumpea･ Removalof root tlPS
aPPrOX1-mately 1.5 mm in length blocked the hydrotropic response･ A computer-assisted image
ana-1ysis showed that the hydrotropic curvature in the roots of ageotroPumpea was Chiefly
due to a greater inl1ibition of elongation on the humid side than the dry side of the roots･
similarly, gravitropic curvature of Alaskapea roots resulted from inhibltion of elongation on the lower side of the horizontally placed roots, while the upper side of the roots
main-tained a normal growth rate･ GravitroplC bending of Alaska pea roots was apparent 30
min after stimulation, whereas differentialgrowth as well as curvature in positive root hydrotroplSm Of ageotroPumpea became visible 4-5 h after the continuous hydrostimulatlOn･
Application of 2, 3, 5-triiodobenzoic acid or ethyleneglycol-bis-(β-aminoethylether)-N･N･N',Nl tetraacetic acid was inhibitory to both root hydrotropism of ageotroPum pea and
root訂a-vitropism of Alaskapea･ Some mutual response mechanism for both hydrotropism and
gra-vitropism may exist in roots,althoughthe stimulus-perception mechanisms differ from one
another.
Takahashi, H., Suge, H. and Jaffe, M. J∴ Agravitropicgrowth and its relation to the
formation of the plumular hook in etiolated shoots of the pea mutant, ageotroPum･ J･ Plant Physi01., 138: 216-222, 1991･
shoots of apea mutant, ageolroPum (msum satiznLm L･) exhibited agravitl℃pic growth
and less ability to form a plumular hook in the dark･ Decapltated epicotyls of dark-grown ageolroPLmpea bent away from external IAA when applied to the cut-end asymmetrlCally･ But symmetrical appllCation of IAA to the entire cut-surface of the horlZOntally placed
eplCOtyls could not induce graⅥtropic curvature･ In horizontally placed eplCOtyls of
dark-gTOWn ageOtrOPumpea, [3H] label applied as [こiH] IAA moved baslpetally but dld not
app-arently move laterally･ SeedllngS Of ageotroPumpea formed the plumular hook to some extent in response to externally applied ethylene･ Alaska (normal) epicotyls evolved
2 to 5 times more ethylene than ageotroPum epicotyls･ GravistimulatlOn Of the shoots
一14 -eased ethylene evolution in Alaska eplCOtyls but not ln ageOtrOPum epicotyls. These results
suggest a positive correlatlOn between auxin asymmetry and e仏ylene production, w九lch may in仇lenCe both shoot gravltrOpism and formation of the plumular hook.
Takahashi, H., Suge, H. and Kato, T.: Growth promotion by vibration at 50Hz in rice and cucumber seedlings. Plant Cell Physio1., 32 : 729･732, 1991.
Vibration at 50 Hz slgnificantly stimulated seed germlnation and root elongation ln both rice and cucumber plants. The vlbratlOn barely affected the elongatlOn Of cucumber hypocotyls but stimulated the elongatlOn Of rice coleoptiles. Thus, plants'responses to
vib-ration at particular frequency differ from those to other mechanlCal stimull.
学会での口頭発表,展示発表
阿部清美,安部 守,菅 洋: イネ｢もつれ亀ノ尾｣の幼甫期の重力反応｡日本宇宙生物科 学会(9月6日,お茶の水天) 菅 洋,佐藤雅志,熊谷 忠: イネの紫外線障害に関する研究(1)ジベレリン生合成阻害 剤による障害軽減｡日本作物学会(4月1日∼2日,明治大学) 菅 洋,佐藤雅志,熊谷 忠: イネの紫外線障害に関する研究(2)紫外線障害の遺伝的研 究｡日本作物学会(4月1日∼2日,明治大) 荘司舜-:草地の生産力に及ぼす気候暖化インパクトに関する基礎研究〔1〕高温環境下にお ける実験的ミニ･シバ型草地の構成椎の生育について｡日本草地学会(3月,東京農業大) 高橋秀幸, Scott, T. K.,菅 洋: 根の水分Jd性･刺激感受機構及び重力屈性との相互作用o 第5回日本宇宙生物科学会(9月6日∼7日,束京) 高橋秀幸, Scott, T. K.,菅 洋: カルシウムによる根の伸長促進と屈曲誘導｡第'5回日本 宇宙生物科学会(9月6日∼7日,東京)Takahashi, H., Scott, T. K. and Suge, H∴ Stimulation of root elongation and cuⅣature
by calcium. Seventh annual meeting for the American Society for Gravitational and Space Biologys (10月17日∼20日, Crystal City, Virginia)
Takahashi, H" Brown, C. S., Dreschel, T. W. and Scott, T. K. : Root hydrotropism in a
porous tube - water delivery system. Seventh annual meeting for the American
Society for Gravitational and Space Biology, (10月17日∼20日, Crystal City, Virginia)
Takahashi, H. and Scott, T. K∴ Hydrotropism in maize roots : a threshold hydrostimulus
perceived by the root cap. Seventh annual meeting for the American Society for Gravitational and Space Biology, (10月17日∼20日, Crystal City, Virginia)
15 -その他の記事
洋:植物ホルモンの話(4)住友肥料 No213: 7-9･ 洋:作物のストレスと植物ホルモン 自然農法 No61:2-3
16 -∼∼∼∼∼遺伝子生態研究部門∼∼∼∼∼
当研究部門では, ｢人為的に遺伝子を改変した生物の生態系における動態に関する研究｣という テーマのもとに,植物および微生物を対象に研究をすすめている｡本年度は,以下のような研究 を行った｡ 1.環境ストレス耐性植物の作出と遺伝子発現 突然変異体の選抜:昨年度, EI処理によってイネの5 MT (5-methyltryptophan)耐性株を 育成したが,本年度は,トウモロコシにおいても耐株性が得られた｡これらの耐性株の諸特性 の調査とト[)7号ファン生合成に関わる遺伝子のクローニングの予備的実験を行っている｡(若 山真由美,萎 権圭,亀谷寿昭),また, EI処理したM4世代のイネの集団から低温タロロン ス突然変異体が選抜され,低温タロロシス発現の機構の解明に役立つものと期待される｡ (吉 日理一朗,佐藤雅志,亀谷寿昭) 細胞質雄性不稔遺伝子の種間相同性:トウモロコシT型細胞質雄性不稔の特異 mtDNA断 片と極めて相同性の高いHindIII断片(PKT5)がニンジン細胞質雄性不稔株のmtDNAより得 られた｡現在,この断片の転写レベルにおける発現と,他の細胞質雄性不稔柄物との相同性に ついて検討している｡ (神崎洋之,亀谷寿昭) 外来遺伝子の導入と細胞融合:プラスミドDNA(PBI 121)を用いて,受粉過程における遺伝 子導入法を検討した｡その結果,花粉へのⅩ線照射が形質転換に影響を与えることが示された｡ トランスジェニックタバコ(カナマイシン耐性)とニンジン細胞質雄性不稔株との細胞融合に おけるⅩ線照射について検討した｡ (亀谷寿昭,木坂広明) 2.枚席病菌の宿主における動態及び軟腐病の生物防除 -クサイ中肋部組織の単離細胞に対する野菜類軟席病菌の動向を,耐病性の異なる-クサイ 2品種と病原性の異なる軟席病菌2菌株および非病原菌(大腸菌)を用いて調査した｡さらに 組織細胞と菌の混合時に,培養液のみと培養液に-クサイ汁液を添加した2つの区を用意した｡ 軟腐病菌は-クサイ汁液を添加した区で細胞壁に対する吸着が著しく, 2度の遠沈洗浄後も変 らなかった｡ -クサイの耐病性の差,軟席病菌の病馴生の差はとくに認められなかった｡大腸 -17 -蹄の吸着はみとめられなかった｡ (大松滞照子) 微生物農薬を創生する目的で,抗菌スペクトルの広いバクテリオンンを床生し,かつ他の簡 株の産生するバクテリオンンには耐性を示す軟腐病菌を2菌株選定した〇二の菌株をEMSで 処理して,バクテリオンン産生能は保持し,病原性を失った変異菌株を得ることができた｡こ れらの変異歯は軟腐病菌の病班形成を阻害する｡この阻害作用の有無はバクテリオシンに対す る感受性と一致することが分ったo圃場での自然病瓜二ついて,バクテリオンン感受性の軟腐 病菌は同一病状中に共存できないことか示唆されたD (菊本敏雄,馬淑梅) 3.環境ストレスに耐性なイネ遺伝資源の探索 地球的規模での変化が予想されている環境の中から,近紫外光量の増加および土壌の酸件化 に耐性なイネ遺伝資源の探索ならびに生埋遺伝機構の解明を進めているo近紫外光完の増加に 関しては,東南アジアのイネ生態型に関して探索し,生態型間に耐性の差異が見られたo また,海外学術調査(熱帯アジアにおける稲遺伝資源の生態遺伝学的調査･第4次)に参加 し,タイ,ラオスで野生イネおよび栽培イネの生育地の他生,生態環境の調査および採集を行 った｡さらに,前回の調査で採集してきたブータン国のイネについて遺伝変異を調べ,海抜 1,600 m以下の低地にはインド型が,それ以ヒの高地には日本TJ･が多く分布していることを兄 いだした｡ (佐藤雅志) 1991年1月∼1991年12月に印刷発行された本研究センター職員の論文,
著書の抄録
Kanzaki, H., Takeda, M･ and Kameya, T･: Sequence analysis of a mitochondrial DNA
fragment isolated from cultred cells of carrot cytoplasmic male-sterile strain･ Jpn･ J･
Genet., 66: 721-726, 1991.
2.0 kb Hind III fragment isolated from cytoplasmic male-sterile carrot
mltO-chondrla, deslgTlated PKT5, was hybridlZed to ORF13 whlCh is the co°ing region of a unl-que poly阿'tide in maize CMS (Dewey et all, 1986)･ Seunl-quence analysis indicated that PKT5
is consisted of 3 domains, Domain 1 was identical to the 5'-flanking region of atP6 in
maize CMS･TURFZH3 sequence (Dewey et a1., 1986). Domain 2 contained a novel ORF encoding 72 amino acids, which was extremely homologous to the amino-terminal 67 amino acids of the unlque ORF13 in maize CMS･ Domain 3 except an amino acid change (IledT -ATT for Asn87 -AAT), was identical to ORF25 polypeptlde in maize CMSI
Con-nective sequences of these 3 domains were also highly homologous to the maize
CMS-TU-RF2H3 sequence. Out of 7 recombination points in maize CMS-TUCMS-TU-RF2H3 sequence･ at
least 4 points were conserved in PKT5 sequence･
Lee, H. Y. and Kameya, T. : Selection and characterzation of a rice mutant to 5-methyl-tryptophan. Theor. Appl. Genet., 82: 405･408, 1991.
A rice plant resistant t0 5-methyltryphan (5MT) was selected from mutagenized M3 seeds (Oyyza satiua L. var. Sasanishiki) originating from panicles treated with ethylene imine (0.2%) 2 h after nowerlng. When germinated on 5MTICOntaining medium, the seeds (M4) from selfed plants segregated. with a 3 resistant:1 sensitive ratio, indicating that the
plant was heterozygous for a resistance gene and that the resistance was domi nant･ The resistance was also expressed in callus derived from seeds. Analysis of the free amino acids in seeds, seedlings, and calli showed that homozygous resistant plants ( TKl)
contai-ned higher levels of total free amino acids than sensitive plants･ In particular the levels of
tryptophan, phenylalanine, and histidine were, respectively, 8･5, 5･4, and 4･9 tlmeS higher
than those in the sensitive plants.
学会での口頭発表,展示発表
李 孝淵,亀谷寿昭: EI処矧こよって得られたイネの5MT刷生休の植物及びカルスの特性｡ 植物組織培養学会(7月21日∼7月24日,名TfT屋) 亀谷寿昭,李 孝淵,神崎洋之:受粉時における外来遺伝子･の導入-Ⅹ線の劾果o U本育種学 会(10月2日∼10月4日,新潟) 李 孝淵,亀谷寿昭: イネの5MT拙生株の自殖後代から得られたホモ個体の諸特性について｡ 日本育種学会(3月31日∼4月2日,七日目 神崎洋之,竹門真敏,亀谷寿昭: Carrot CMSに見出さtLたmtDNA特異断片の解析｡日本 育椎学会(3月31日∼4月2日,廿日) 神崎洋之,竹田真敏,亀谷寿昭:細胞質雄性不稔に関するニンジンとトウモロコシ閲の相同件｡ 日本生化学会'(10月1日∼10月5日,東京) 人松滞照子:寄主体内における野菜軟腐病菌の動‖[り｡日本植物病理学会(4札 東京家政大) 菊本 敏雄:休閑畑に栽培した-クサイより分離した軟腐病細商のバクテリオンンによるタイ ピング｡日本植物病埋学会(4月,東京家政大) 西村由紀,広瀬忠胤 佐藤雅志:葉の純同化速度とSLWの調節｡日本生態学会(4月2日∼ 5日,奈良) 佐藤雅志,熊谷 忠:イネの紫外線抵抗件と光回復｡日本柄物学会(9月13日∼15日,都立大) 佐藤雅志,佐藤洋一郎,山岸 博,島本義也,森島啓子:ブータン回のイネにみられる遺伝変 異の高度勾配｡日本育椎学会(10月2日∼4日,薪潟大)19 -その他の記事
Morishima H., Shimamoto , Y., Sato, T., Yamagishi, H. and Sato, Y.Ⅰ. : Observation
of wild and cultivated rices in Bhutan, Bangladesh and Thailand. Report of study-tours in 1989/90. pp73, 1991.
Sato, Y. I., Sato, T. and Morishima, H. :- Changing segragationratiosforg1-1 due toun･
equal chances of fertilization of female gametes･ Rice Genetics Newsletter, 7 : 97-98,
1991.
ー 20 -∼-∼∼環境情報研究部門-∼∼
本研究部門では,土壌環境内の微生物の種特異的因子の測定法,解析法とその基礎概念の確立 を中心に研究を進めているo今年度の主な成果は,下記のようである｡ 土壌団粒内の細菌･原生動物系の動態: 48個の団粒を別々に湛水し,出現する細菌グループ, 原生動物グループの経時的観察｡その結果, (1)細菌では,まずfast growerが増増殖し,つい で増殖速度のより遅いグループが出現o 先のグループが残存する場合と後から増殖してくるグル ープと入れ替わる場合とがあった｡ (2)原生動物は,べんもう虫の一種頬は,比較的高頻度で出 現したが,他のべんもう虫,せんもう虫,アメーバの諸グループは大なり′トなりスポラリックに 出現し,その種類構成は,団粒間で大きく相違した｡ (服部 勉) 草地土壌細菌フロラの増殖速度グル-70構成とその遺伝子的背景: コロニー形成曲線を用 い,以下の結果をえた. (1)各グル-7Dに属する単離菌珠のゲノムDNA分子の制限酵素切断断 片のパルス電気泳動finger printはつぎの傾向を示した｡大部分の菌株DNAは,それぞれ特異 なパターンを示すと同時に,グループ間である種の共通性が認められたo (2)各菌株ゲノムDNA の複製開始調節領域の遺伝子配列について,阪大吉川研と共同研究を進めた｡成分曲線1 , 2, 3についての研究で,その構造の保存性とグループ間での系統的な変異の傾向が認められた0 (笠原康裕,服部 勉) 水田低栄養細菌S 181の形態特性:従来単純なrodとされてきたこの菌の細胞の一端に,太 めの鞘構造が認められた｡ (谷川俊治,服部 勉)細菌付着力の測定:石英表面に付着した土壌細菌を離脱させるに必要な力を水の流速を電気
化学的に調節して測定した｡その結果,付着力は指数関数的分布を示した｡このような力の測定 は世界的にも初めてで,重要な貢献である｡ (森崎久雄) プラスミド導入による細菌表面及び凝集パターンの変化:植物病原菌P･ syn'niにプラスミ ドpBPWIを導入すると,細胞の凝集沈殿が促進されるが,この細菌細胞の表面特性を顕微泳動法, sessile drop法, FT赤外スペクトル, SDS電気泳動法により解析を行ったoまた,上記菌
株から異なった凝集パターンを示す変異株が得られた｡現在,特異的細胞表面物質の解明中o
(森崎久雄)
川渡火山灰土壌,西表シロアリ生息土壌の原生動物相の調速(服部 勉) コムギ根面の細菌フロラ:土件,生育期により根面フロラに変動が認められたo現在,単離 筒株の類別中｡ (蓑 紅英,佐藤 匡) 土壌に接株された根粒菌の生存:熊の堂土嵐川渡火山灰土壌について検札とくに熊の堂 土壌で長期生存が注目される｡ (マイケル･メニヤ,佐藤 匡) 農薬分解菌の変動とグルコース添加量との関連を検討し,グルコースの存在がPCP分解菌の 増殖を抑制することを認めた｡ (佐藤 匡) 火山灰土壌黒色腐植層の生成機構:各分画成分についての解析を続けたo (J佐藤 孜) ヶヤキ土壌の水分変化:季節変動の調査を行った｡ (佐藤和夫) 1991年1月∼1991年12月に印刷発行された本研究センター職員の論文,
著書の抄録
Kasahara, Y. and Hattori, T∴ Analysis of bacterial populations in a grassland soil
ac-cording to rates of development on solid medial FEMS Microbiology Ecology, 86 : 95-102,
1991.
The process of colony formation by bacteria from grassland soll sampled in April, July and September was simulated by a colony-forming curve (CFC)I The CFC was a super-imposition of several component curves (CCFC) given theoretically by the flrSt Order r｡a｡ti｡｡ (FOR) model [3,6], The pattern of FOR model curves was not influenced by the
tlme Of sampling and four cCFCs were always recognized during an incubatlOn period of 160 h, It was considered that the CFC describes an inherent property of the bacterial population of the field･ Bacterial Isolates were obtalned from colonleS produced in each of four cCFCs on agar plates･ Isolates correspondlng tO One CCFC were classified as one
group. The bacterial isolates were characterized by morphological and physiologicaltests
and subsequently clustered･ Few oligotrophic bacterla Were Obtained among bacteria whlCh produced visible colonies within 63 h of incubation time･ On the other hand, approx･ 50
% of bacteria which produced colonies after 63 h were ollgOtrOphic bacterial The time required for the appearance of the first colony, tr of the FOR model, was very similar in
the isolates belonging to one group･ A close linear relationshlp Was Observed between tr
value and doubling tlme Of isolates･
Morisaki, H∴ Measurement of the force necessary for removal of bacterial cells from a
quartz plate. J. Gen. Microbio1., 137: 264912655, 1991･
The force necessary to remove the cells of a bacterium, an isolate (&cillus sp･) from grassland soil, from a quartz plate was investigated in phosphate buffer solution
by using a well-de血ed liquid now caused by electroosmosis･ The cells were not removed
at a specific strength, of removal force but removed over a wide range of force･ about
l0-14 110112 Nper cell. An exponential relation was observed between the removal force
and the number of removed cells in media of pH 7･0, 8･O and 9･0; more cells were
remov-ed by a smaller force. Experiments in mremov-edia of different pH values in the range 3･O to 910
showed that greater force was necessary to remove the cells ln media of lower pH･ The smaller electrostatic repulsion between the bacterial cells and the quartz plate at lower pH values was considered to result in the greater force needed for removal. The relation bet-ween the strength of the removal force and the strength of the adhesion force of the
bac-terialcells was considered. The丘ndings showed that the cell adhesion was reversible and
that the adhesion site was located near the end of the cell.
森崎 久雄:微視的環境における土壌微生物の生態｡日本土壌肥料学雑誌 61:743-745, 1991. 1990年8 Tは都において第14回国際土壌科学会議が開催された｡その中の_1-_壌生物′､祁r,門のシ ンポジウム,テーマ｢微視的環矧こおける上壌微生物の生態｣に関するセ/ションについて以卜 のようにまとめたo 微生物はその名の示すとおり非.新二｢微小｣な｢生物｣である｡この事実はFl然環境中,とく に土壌のような複雑な糸ての研究に二重の例難を強いていると思われる｡一一つは,微生物はサイ ズは微小だが機能は多様てあり,複雑な生命活動を営み,種々の環境要因の影響を受けるという 点に由来する｡すなわち,われわれにはどのような環境因子が微生物の生命活動に,どのように 寮手管するかというJE確な情報が必要である0第二の困難は.微生物の｢微小｣なサイズに由来す るo微生物はFLmのスケ-ルの生命であるo Lたがって,われわれはFLmの精度で微生物のまわ りの環境｢微視的環境｣を理解する必要がある. 以上の二重の困難を虹服するためには,微生物の生物としての性質およびそのまわりの環境因 子両面にわたる非常に広い範囲の知見,情報を総合し,また蓄梢してい(必要かあると思われるo このような考えにIt7_ち,本シンポジウムは視点をできるたけ広げ,多角的なものにするよう意図 し,企画された｡ 森崎 久雄:付着現象の物理化学｡海洋生物の付着機構(梶原 武 監修,水産無脊椎動物研 究所編)恒星社厚生閣, pplO1-112, 1991. 近年,人間の活動が海-と広がるにつれ,海洋構築物への海産生物の付着による汚損が深刻な 問題となってきている｡従来から海産生物の付着防止法について椎々考案されてきたが,環境汚 染,生態系への悪影響の無いクリーンな付着防止法が時代の要請となってきている｡ 海産生物の付着には,それに先立つ固体表面上での生物7イルムの形成があると言われている0
- 23 -即ち,まず裸の固体表面-の高分子,微生物等の付着,それに続く微生物増殖･商体外ポリマー の生成にともなう生物7イルムの形成過fli_があり,その後この生物フィルム-比較的大巧■切海産 生物の幼生が付着すると考えられている｡そこでこれら連続するいくつかの過程の初期のステッ プ,基質表面への微生物の付着現象について物理化学的側面から検討を加えたD
学会での口頭発表,展示発表
服部繁子,服部 勉:土壌団粒外部における細菌-原生動物系の動態(1)原生動物の変乱 日本土壌肥料学会(3月2日,名古屋) 服部 勉,服部繁子:土壌団粒外部における細菌一棟生動物系の動態(2)細菌の変軌日本 土壌肥料学会(3月2日,名古屋) 服部繁子,服部 勉:川渡火山灰土壌の原生動物札日本土壌肥料学会東北支部会(9月10日, 山形)shigarevich, P･A･ and Hattori, : Colony formation of soil bacteria on solid media after uv-exposure.微生物生態学会(10月18日,名古屋) 服部繁子,服部 勉:土壌団粒ミクロコスムの細菌･原生動物o微生物生態学会(10月18日, 名古屋) 服部 勉,服部繁子:西表(イリオモテ)シロアリ生息場所の微生物相｡微生物生態学会(10 月18日,名古屋) 谷川俊治,服部 勉:水田の低栄養細菌S 181の形態的特徴o微生物生態学会(10月18日,名 古屋) 笠原康裕,服部 勉:パルスフィールド電気泳動による草地土壌細菌のゲノムDNAの解析o 微生物生態学会(10月18日,名古屋)
Hattori, R. and Hattori, T･ : Soil aggregate as a microcosm of bacteria-protozoa biota.
International Workshop on Methods of Research on Soil Structure/Soil Biota
lnte汀ela-tionships. (11月25日∼28日, Wageningen)
Hattori, T. and Hattori, R∴ Distribution and movement of protozoa within and among
soil aggregates. International Workshop on Methods of Research on Soil Structure/ soil Biota lnte汀elationships. (11月25日∼28日, Wageningen)
妾 紅英,佐藤 匡,庄子貞雄:火山灰土壌に生育したコムギ根面の細菌数の変化o日本土壌
肥料学会東北支部会(9月10日∼11日,山形)
森崎久雄,宮寄 厚:プラスミドpBPWl導入によるAeudomonas syringaeの細胞表面およ び吸着パターンの変化｡第7回微生物生態学会(10月18日,名古屋大)
- 24 -その他の記事
服部 勉: 大地の生産力と微生物o 応用物理, 59:447-450, 1991. 服部 勉: CO2環境変化と微生物を考える｡農業および園芸, 66: 117-12∩, 1991. 服部 勉: 土壌団粒を舞台とした微生物たちの生活｡バイオサイエンスとインダストリー (バイオインダストリー協会) 49:22-24, 1991. 佐藤 匡:土壌中の微生物の生態と農薬の分解｡土壌微生物の利用技術と応用(工業技術会) pp. 401-412, 1991. 佐藤 匡:土壌中の微生物の実態と農薬の分解｡工業技術会講習会(5月15日,東京) 佐藤 匡: 本流と時流と｡土と微生物 38: 1-2, 1991,森崎 久雄: Measurement of force necessary for removal of bacterial cells from a
quartz plate.東北大学選鉱精錬研究所 ONE DAY SYMPOSIUM on Fine
Particles and lnterfacial Electrochemistry ( 5月24日,仙台)
- 25 -∼∼∼∼∼生態システム研究部門∼∼∼∼∼
生態システム研究部門では,次の3つのプロジェクトを垂一郎汗究課題として研究を進めている｡
1.雑草集団の表現町pl'秒性と局所的分化
農耕地(水田,畑,果樹園など)並びに隣接したさまざまな人里環境に生育する冬緑件一年
草のタネツケバナ(CardaminePexuosa With. S. 1at.)スズメノカタビラ(Poa anmia L.)
の2種と,多年草のカタバミ(Oulis corniculata L.)の計3椎の植物を実験材料として用い,
重要な栄養器官並びに生殖器官の諸形質にみられる表現型可塑性の集団内および集団間変異を,
野外集団,人工集団の両方において解析を進めている｡実験は,ファイトトロン並びに温室に おいて実施しているが,併せて自然集団においてもフェノロジー,成長様式,繁殖活動などの 面にわたって,観察,解析を進めている｡ 2.植物の繁殖体生産の制御機構-マダイコン(Raphanus acanthijTormis makino),ナタネ(ByiaSSica camf･estn's L. ssp. napus Hook. f. et. Anders.)の成長パタ-ン,資源配分様式などについて,自然集団,人工集
団の双方にて解析を進めている｡ センボンヤり(キク科),ミゾソバ,ヤマミゾソバ, (タヂ科)については,日本各地から集め た多数の集団を用い,解放花,閉綿花-のエネルキー投資,繁殖体の形成機構などについて, 自然集団,人工集団の双方において解析を進めている｡これと併せて,現在開発中のDNAフ ィンガ-プリント法を導入して,家系分析を進める準備を進めている｡ 3.植物と動物の相互適応機構の解析 柄物と動物,とりわけ昆虫とは,繁殖活動を含むさまざまな局血で相互作用系が働き,それ ぞれの生存と種族維持が保たれている｡ 現在進めている一連のプロジェクトでは,繁殖の前駆段階で働く送粉昆虫を誘引する芳香性 物質を含む,椎々の揮発性成分の分析を進めると共に(モクレン属,マツヨイグサ鳳 マムシ グサ属などの各種),形成された繁殖体の分散過4-_r.l∵で働く機構(e. g.アリ散布醐軒r-)につい ても,成分検索面での研究を規イl三鋭意進めている｡
- 26 -1991年1月∼1991年12月に印刷発行された本研究センター職員の論文,
著書の抄録
Ohara, M., Okazaki, K. and Kawano, S∴ Predominant inbreeding and resource
limitat-ion in four Japanese Tn'llium Species. Miyabea, 1 : 21130, 1991.
The present study on the breeding and pollination systems of four Japanese
Tri-llium specleS Clearly revealed thatalthoughthese specleS Substantially possess the ability of both inbreeding and outbreeding, inbreeding is the predominant breeding system･ Further-more, subsequent resource limitationallows only certain levels of fecundity regardless of high fertilization levels, and as a result guarantees continuousyearly flowering and frulting･
Among four Japanese Tn'llium sI光Cies examined, T. a加わlon seems to have
diffe-rentiatedfurther developed inbreeding systemwith the specialization in the floral characte-ristics such as lacking ofpetals, low P/0 ratio, and maintain high fecundity- ln contrast to
T. a加わlon, T. kamtshatzcum showed several xenogamous features, such as large white
petals, highP/0 ratio, relatively frequent lnSeCtvisitation, seed productions in the emascul
lated individuals. It is known that this species has relatively highgenome affinity to T.
bchonoskii, and these two species frequently produce a tetraploid species, T. hagae by
natural hybridization (Raga. 1937: Haga et al, 1974). In this context, although the present
breeding experiments did not show evidences of outbreeding by insects in T･ tshonoskii,
relatively frequent insect visitation and occupation of similar habitats wlth Tkamtschaticum in the southwestern part of Hokkaido where T, hagae is cnmmonly observed may indicate
the possibility of outbreeding in T. tschonoskil. In order to clarifythe ecological madlanisms of this hybrbid formation, further crltical studies on spatial population structures including
plant density and also insect actlVitleS Within the populations are needed. Accordlngly, these
critical studies on breeding and pollination systems provlde us invaluable informatlOn COn-cerning not only the mechanisms of determinlng reproductive output, but also the differen-tiation of floral morphologies and the mechanisms of hybridizat10n in the genus Tn'lllum.
pak, Jae-Hone and Kawano, S. : Biosystematic studies on the genus Ixen's and allied genera (Compositae･Lactuceae) IV. Taxonomic treatments and nomenclature･ Acta Phyto-tax. Geobot., 42: 70･95, 1991.
A taxonomic revision was carried out based on the new data obtained in a serkts of the present studies concernlng Chromosome morphology, fruit wall anatomy, and exterrnl
morphology. Synonyms of allthe taxa, keys to the sections and species of IMns, Ixeridium, and CreP'dhzstrum are provided. The present new taxonomic treatment includes 24 new
com-binations.
Ixeyis was divided into 5 sections: sect. Ixeyis (monotypic with only I. ♪olyce♪haraL
sect. Chinenses (lnCluding I. chinensis, I. graminljuuz, ). rizurkl, I. strqosa, and I･ h7magaWa-ensis), sect Chorisis (monotypic with only I. repens), sect. IteudoIChorisis (incl. I. debilis and
I. stolomfera), and sect. Sobolireris (monotypic withonly I. longirostrah2). Cyle♪idkZstnLm Was also divided into 3 sections: sect. CnPidおJnLm (including C. keiskeanum, C. kmceokltum, and C. hu'ukm由num), sect. Monostemma (incl. C. ameristoPhyllum, C. gylandicollum, C･ lin-gwefolium, and C. f･kl妙hyllum), and sect. Paraixeris (incl. C. chelidonizjTolz'um, C
denticuh2-Eum, C. koizumhmum, C. samiilis, C. sonchtfolium, and C. yoshinoi).
