渡部 敏裕 (ワタナベ トシヒロ)

農学研究院 基盤研究部門 生物機能化学分野准教授

研究者基本情報

■ 学位
  • 博士(農学), 北海道大学
  • 修士(農学), 北海道大学
■ URL
researchmap URLホームページURL■ ID 各種
研究者番号
  • 60360939
J-Global ID■ 研究キーワード・分野
研究キーワード
  • 模擬レゴリス
  • 宇宙農業
  • イオノーム
  • 根圏
  • イオノミクス
  • 重金属
  • イネ
  • 有機酸
  • アルミニウム
  • 微量元素
  • 窒素固定
  • 養分欠乏
  • ヒ素
  • 可給度
  • 重金属集積微生物
  • モリブデン
  • 超集積植物
  • 集積植物
  • カドミウム
  • ファイトレメディエーション
  • 重金属汚染土壌
  • セシウム
  • 三要素
  • 国際情報交換(ドイツ)
  • ナトリウム
  • 土壌
  • 必須元素
  • ミヤコグサ
  • ICP-MS
  • リン
  • 網羅的無機分析
  • 生態・環境
  • 植物生理学
  • 植物栄養学・土壌学
  • Ecology and Environment
  • Plant Physiology
  • Plant Nutrition and Soil Science
研究分野
  • ライフサイエンス, 植物栄養学、土壌学
  • ライフサイエンス, 生態学、環境学
  • ライフサイエンス, 植物分子、生理科学
■ 担当教育組織

経歴

■ 経歴
経歴
  • 2012年08月 - 現在
    - 北海道大学大学院(農学研究院) 准教授
  • 2003年04月 - 2012年07月
    - 北海道大学大学院(農学研究科・農学研究院) 助手・助教
  • 2002年 - 2003年
    日本学術振興会科学技術特別研究員(国際農林水産業研究センター) 研究員
  • 2002年 - 2003年
    Researcher
  • 2003年
    - Research Associate
  • 2001年 - 2002年
    科学技術振興事業団科学技術特別研究員(国際農林水産業研究センター) 研究員
  • 2001年 - 2002年
    Researcher
委員歴
  • 2024年03月 - 現在
    Soil Science and Plant Nutrition 副編集長, 学協会
  • 2021年06月 - 現在
    北海道食の安全・安心委員会, 特別委員
  • 2023年04月 - 2025年03月
    日本土壌肥料学会, 北海道支部庶務幹事, 学協会
  • 2016年12月 - 2021年
    日本土壌肥料学会, 代議員, 学協会
  • 2021年
    日本土壌肥料学会2021年度大会運営委員会, 事務局長
  • 2017年10月 - 2019年09月
    日本土壌肥料学会, 第4部門 副部門長, 学協会
  • 2016年10月 - 2018年09月
    Soil Science and Plant Nutrition, Editor, 学協会
  • 2017年04月 - 2018年03月
    日本土壌肥料学会, 北海道支部評議員, 学協会
  • 2011年 - 2012年
    日本土壌肥料学会, 北海道支部庶務幹事, 学協会
  • 2008年 - 2010年
    日本土壌肥料学会, 2010年度大会事務局庶務, 学協会

研究活動情報

■ 論文
■ その他活動・業績
■ 書籍等出版物
  • Aluminum Stress Adaptation in Plants
    Wagatsuma T; Maejima E; Watanabe T; Khan MSH; Ishikawa S, Significant Role of the Plasma Membrane Lipid Bilayers in Aluminum Tolerance of Plants
    Springer, 2015年, 99-124, [共著]
  • 園芸学の基礎
    渡部 敏裕, 養分吸収の生理
    農文協, 2012年, 109-118, [共著]
  • Principles, Application and Assessment in Soil Science
    Watanabe T; Khan MSH; Rao IM; Wasaki J; Shinano T; Ishitani M; Koyama H; Ishikawa S; Tawaraya K; Nanamori N; Ueki N; Wagatsuma T, Physiological and Biochemical Mechanisms of Plant Adaptation to Low-Fertility Acid Soils of the Tropics: The Case of Brachiariagrasses
    IntechOpen, 2011年, [共著]
  • Genetics, Genomics, and Breeding of Soybean
    Nakamura T; Okazaki K; Benkeblia N; Wasaki J; Watanabe T; Matsuura H; Uchimiya H; Komatsu S; Shinano T, Metabolomics approach in soybean
    CRC Press, 2010年, 313-330, [共著]
  • 北海道農業と土壌肥料2010
    櫻井道彦; 渡部敏裕, 土壌有機物の動態解析法
    北農会, 2010年, 253-255, [共著]
  • The Evolution of Plant Physiology. From whole plant to ecosystems
    Jansen S; Watanabe T; Dessein S; Robbrecht E; Smets E, The evolution of aluminium accumulation in angiosperms
    Elsevier Academic Press, 2004年, 467-479, [共著]
  • Sustainable Agriculture for Food, Energy, and Industry
    Osaki M; Matsumoto M; Watanabe T; Kawamukai T; Shinano T; Nuyim T; Nilnond C; Tadano T, Strategies for adaptation of plants grown in adverse soils
    James & James Ltd., 1998年, 537-546, [共著]
■ 講演・口頭発表等
  • Response of plants adapted in low pH soils to aluminum
    Watanabe T; Osaki M; Tadano T
    XIII International Plant Nutrition Colloquium
    Tokyo
  • Growth stimulation effect of aluminum on Al accumulator plant - Melastoma malabathricum
    Watanabe T; Osaki M; Damdinsuren T; Tadano T
    International Workshop on New Concepts of Plant Nutrient Acquisition
    Tsukuba
  • Effect of aluminum on growth of melastoma (Melastoma malabathricum L.)
    Watanabe T; Osaki M; Tadano T
    International Symposium on Impact of Potential Tolerance of Plants on the Increased Productivity under Aluminum Stress
    Okayama
  • Study on aluminum resistance in relation to organic acid anion exudation from roots of PEPC transgenic rice plants
    Osaki M; Nursymsi D; Begum HH; Watanabe T
    XIV International Plant Nutrition Colloquium
    Germany
  • A physiological study of Melastoma malabathricum, an aluminium accumulating woody plant
    Watanabe T; Jansen S; Osaki M
    Fifth Keele Meeting on Aluminium. Aluminium in Life: from acid rain to Alzheimer's disease,
    U.K.
  • The distribution, ecology and evolution of aluminium accumulation in flowering plants
    Jansen S; Watanabe T; Smets E
    Fifth Keele Meeting on Aluminium. Aluminium in Life: from acid rain to Alzheimer's disease,
    U.K.
  • The relationship between growth and Al accumulation in Melastoma malabathricum L., an Al accumulator growing in tropical acid soils
    Watanabe T; Jansen S; Osaki M
    6th International Symposium on Plant-Soil Interactions at Low pH
    Sendai
  • Variation in leaf mineral concentrations of terrestrial plants in Japan
    Osaki M; Watanabe T; Tuah SJ; Takada J; Satake K; Takamatsu T; Jansen S
    First International Workshop on Plant Ionomics
    China
  • Possibility of rhizosphere regulation for phytoremediation and ecosystem health
    Osaki M; Matsuda M; Afrida; Hoshina S; Tamai Y; Purnomo E; Watanabe T; Wasaki J; Shinano T
    International Symposium on Phytoremediation and Ecosystem Health
    China
  • Different capabilities of organic nitrogen uptake in cereal crops
    Okamoto M; Okada K; Watanabe T; Ae N; Osaki M
    XV International Plant Nutrition Colloquium
    China
  • The characteristics of aluminum uptake in roots of Melastoma malabathricum, an aluminum accumulating plant
    Watanabe T; Misawa S; Hiradate S; Jansen S; Osaki M
    XV International Plant Nutrition Colloquium
    China
  • Mechanism underlying improved plant growth in acidic soil by arbuscular mycorrhizal symbiosis
    Inaba S; Watanabe T; Osaki M; Ezawa T
    Second International Rhizosphere Conference
    France
  • Different characteristics of root mucilage in aluminium adsorption between Melastoma malabathricum and Zea mays
    Watanabe T; Misawa S; Hiradate S; Osaki M
    Second International Rhizosphere Conference
    France
  • Difference in acquisition of soil organic nitrogen between pak-choi and tomato
    Watanabe T; Enomoto T; Okamoto M; Sakurai M; Takuro S; Osaki M
    International Plant Nutrition Colloquium XVI
    U.S.A.
  • Role of thiol compounds in arsenic tolerance in Pteris vittata
    Watanabe T; Yuki S; Senoura T; Hiradate S; Wasaki J; Osaki M
    International Plant Nutrition Colloquium XVI
    U.S.A.
  • Decrease of cadmium accumulation in crops by zero-valent iron
    Watanabe T; Nakamura T; Murata Y; Sakai Y; Osaki M
    International Plant Nutrition Colloquium XVI
    U.S.A.
  • Possible reasons why aluminum is a beneficial element for Melastoma malabathricum, an aluminum accumulator
    Watanabe T; Osaki M
    International Plant Nutrition Colloquium XVI
    U.S.A.
  • Rice root growth with increasing in plant hormone and allantoin by inosine in nutrient solution
    Tokuhisa D; Okazaki K; Shinano T; Watanabe T; Yokoi D; Osaki M
    International Plant Nutrition Colloquium XVI
    U.S.A.
  • Comprehensive analysis of mineral elements in different plant species under N, P and K deficiencies
    Okada R; Watanabe T; Urayama M; Osaki M
    Rhizosphere 3 International Conference
    Australia
  • Plasma membrane sterols and the related gene in root-tip portion as key components for aluminium tolerance of varieties of plants species, cultivars, lines and mutants
    Wagatsuma T; Watanabe T; Khan MSH; Sekimoto H; Yokota T; Nakano T; Toyomasu T; Tawaraya K; Koyama H
    Rhizosphere 3 International Conference
    Australia
  • Uptake and distribution of sulphur in Pteris vittata grown with arsenic
    Watanabe T; Kouho R; Onodera T; Kitajima N; Sakamoto N; Shinano T; Yurimoto H; Osaki M
    Rhizosphere 3 International Conference
    Australia
  • Nano LC-MS analysis on root secreting
    Shinano T; Yoshimura T; Komatsu S; Tokutake S; Kong FJ; Watanabe T; Osaki M
    8th Symposium of the International Society of Root Research
    U.K.
  • HMG is a promising key gene for the enhancement of aluminum tolerance of rice via modulating membrane dterols in toot-yip portion
    Wagatsuma T; Watanabe T; Toyomasu T; Kuroda M; Muranaka T; Ohyama K; Ishikawa A; Usui M; Maejima E; Khan MSH; Tawaraya K; Koyama H
    International Plant Nutrition Colloquium
    Turkey
  • Characterization of nickel and zinc tolerance, accumulation and mineral profile in the metal hyperaccumulator Noccaea cochleariforme
    Nishida S; Yoshida J; Watanabe T; Fujiwara T; Miozuno T
    International Plant Nutrition Colloquium
    Turkey
  • Ionomics study of fertilizer responses in soybean shoots
    Sha Z; Watanabe T; Ohira K; Okazaki K; Osaki M; Shinano T
    International Plant Nutrition Colloquium
    Turkey
  • Effects of Organic matter application on the dynamics of organic & inorganic compounds, & microbial activities in Rhizosphere
    Owadano M; Watanabe T; Osaki M
    International Plant Nutrition Colloquium
    Turkey
  • Accumulation of non-essential elements in pteridophytes with emphasis on aluminum
    Watanabe T; Jansen S; Maejima E; Azuma T; Hiradate S; Osaki M
    International Plant Nutrition Colloquium
    Turkey
  • Phosphorus deficiency enhances the tolerance of rice to the acidic soil stress
    Maejima E; Watanabe T; Osaki M; Wagatsuma T
    International Plant Nutrition Colloquium
    Turkey
  • Characteristics of arsenic accumulation in aquatic plants
    Yamauchi A; Watanabe T; Osaki M
    International Plant Nutrition Colloquium
    Turkey
  • Physiological responses of Hakea laurina (Proteaceae) to low-P and high-P conditions
    Maruyama H; Yamauchi T; Kohama T; Watanabe T; Wasaki J
    5th Phosphorus in Soils and Plants Symposium
    France
  • Varietal difference in the radioactive cesium uptake in Amaranthus and soybean
    Shinano T; Chu Q; Watanabe T; Matsunami H; Murakami T; Kobayashi D; Okouchi T
    13th International Conference on the Biogeochemistry of Trace Elements
    Fukuoka
  • Adsorption of radiocesium by metal phytate, major component of soil organic phosphorus
    Unno Y; Takao A; Eguchi T; Takeda A; Watanabe T; Shinano T
    13th International Conference on the Biogeochemistry of Trace Elements
    Fukuoka
  • Effect of phosphorus status on distribution of other elements in Hakea laurina (Proteaceae)
    Maruyama H; Kohama T; Yamauchi T; Watanabe T; Wasaki J
    13th International Conference on the Biogeochemistry of Trace Elements
    Fukuoka
  • Comparative analysis of aluminium accumulation in leaves of several woody aluminium accumulators
    Maejima E; Watanabe T; Hiradate S; Jansen S; Osaki M
    The Eleventh Keele Meeting on Aluminium
    France
  • Differences and similarities in the characteristics of aluminium accumulation in various aluminium accumulators
    Watanabe T; Maejima E; Hiradate S; Osaki M; Jansen S
    The Eleventh Keele Meeting on Aluminium
    France
  • The characteristics of root cell components of plants adapted to acidic soil
    Maejima E; Watanabe T; Wagatsuma T; Osaki M
    Rhizosphere 4
    The Netherlands
  • Effect of different nitrogen sources on nitrogen dynamics, mineral elements and microbial communities in rhizosphere soil of different plant species
    Chu Q; Watanabe T; Sha Z; Osaki M
    Rhizosphere 4
    The Netherlands
  • Ionomic variation in plant species growing in various soil environments
    Watanabe T; Kusumoto Y; Morita S; Koyanagi T; Osaki M; Hiradate S
    Rhizosphere 4
    The Netherlands
  • Physiological variations in aluminum accumulation in different aluminum-accumulator plant species
    Watanabe T; Maejima E; Hiradate S; Wasaki J; Osaki M; Jansen S
    The 9th International Symposium on Plant-Soil Interactions at Low pH
    Croatia
  • Characteristics of root cell components in aluminum-tolerant woody plants
    Maejima E; Watanabe T; Wagatsuma T; Osaki M
    The 9th International Symposium on Plant-Soil Interactions at Low pH
    Croatia
  • Significant role of the plasma membrane (PM) lipid bilayers in aluminum (Al) tolerance of plants
    Wagatsuma T; Maejima E; Watanabe T; Khan MSH; Ishikawa S; Tawaraya K; Koyama H
    The 9th International Symposium on Plant-Soil Interactions at Low pH
    Croatia
  • Ionomic variation in leaves of 826 plant species growing in the botanical garden of Hokkaido University, Japan
    Watanabe T; Maejima E; Osaki M; Azuma T
    Plant Biology Europe EPSO/FESPB 2016 Congress
    Czech Republic
  • Characteristics of phenolics in root cells of Al-tolerant woody plants
    Maejima E; Hiradate S; Osaki M; Wagatsuma T; Watanabe T
    Plant Biology Europe EPSO/FESPB 2016 Congress
    Czech Republic
  • The mechanism of acid tolerance of Lycopodium cernuum L. grown in a solfatara field
    Saito T; Watanabe T; Nakatsubo T; Wasaki J
    Taiwan Japan Plant Biology 2017
    Taiwan
■ 主な担当授業
  • 作物生産生物学特論, 2024年, 修士課程, 農学院
  • 作物生産生物学特論演習, 2024年, 修士課程, 農学院
  • 大学院共通授業科目(一般科目):自然科学・応用科学, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
  • 物理化学, 2024年, 学士課程, 農学部
  • 植物栄養学, 2024年, 学士課程, 農学部
  • 一般教育演習(フレッシュマンセミナー), 2024年, 学士課程, 全学教育
  • 肥料学, 2024年, 学士課程, 農学部
  • 生物機能化学実験Ⅱ, 2024年, 学士課程, 農学部
■ 所属学協会
  • 2024年 - 現在
    植物学会
  • 2023年 - 現在
    Sigma Xi
  • 2022年 - 現在
    日本鉄鋼協会
  • 日本植物生理学会
  • 日本分析化学会
  • "Archives of Agronomy and Soil Science" Editorial Board
  • 北海道土壌肥料懇話会
  • 日本土壌肥料学会
■ 共同研究・競争的資金等の研究課題
  • 「植物界のシーラカンス」小葉類の極限環境突破能力
    科学研究費助成事業
    2025年06月27日 - 2029年03月31日
    和崎 淳; 中坪 孝之; 上田 晃弘; 丸山 隼人; 草場 信; 中野 道治; 渡部 敏裕
    日本学術振興会, 挑戦的研究(開拓), 広島大学, 25K21735
  • 外生菌根菌を介してお骨を林内へ還す技術の提案ーカラマツ林を想定してー
    科学研究費助成事業
    2025年06月27日 - 2028年03月31日
    小池 孝良; 上田 裕文; 渡部 敏裕
    日本学術振興会, 挑戦的研究(萌芽), 北海道大学, 25K22378
  • 維管束植物の進化とアルミニウム高集積
    科学研究費助成事業
    2023年04月01日 - 2027年03月31日
    渡部 敏裕; 和崎 淳; 東 隆行; 佐野 雄三; 丸山 隼人; 平舘 俊太郎
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 23K26801
  • 維管束植物の進化とアルミニウム高集積
    科学研究費助成事業
    2023年04月01日 - 2027年03月31日
    渡部 敏裕; 和崎 淳; 平舘 俊太郎; 佐野 雄三; 丸山 隼人; 東 隆行
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 23H02108
  • 作物の生理障害の機構解明におけるブレークスルーテクノロジーの開発と検証
    科学研究費助成事業
    2021年04月05日 - 2026年03月31日
    金山 喜則; 高橋 英樹; 渡部 敏裕; 須川 成利; 栗原 大輔; 黒田 理人
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 東北大学, 21H04721
  • 持続的作物生産に向けたクラスター根の形成能とリン供給能の活用
    科学研究費助成事業
    2021年04月05日 - 2025年03月31日
    和崎 淳; 坪田 博美; 丸山 隼人; 西田 翔; 渡部 敏裕; 佐々木 孝行; 俵谷 圭太郎; 廣田 隆一
    リン酸質肥料は作物生産に必須であるが、資源は涸渇に瀕しており、持続的な作物生産にはその問題の解決が必要である。低リン耐性を有する一部の植物は、クラスター根とよばれる小根が密集した根を形成する能力がある。このクラスター根は、根の表面積を増やし、難利用性リンの吸収を強化して適応するために形成されると考えられているが、その形成能と難利用性リンの供給能の詳細は未解明である。本研究ではシステムズ生物学アプローチ解析によるクラスター根の形態形成イベントの制御、爆発的な根分泌の誘導による難利用性リンからの供給能の解明に取り組む。
    これまでに、クラスター根形成種であるシロバナルーピンおよびHakea laurinaのRNA-seqデータなどを元にして複数の有機酸トランスポーター候補の同定に成功した。これらの候補遺伝子の発現量を調査したところ、低リン条件のクラスター根で顕著な発現誘導が確認された。また、シロバナルーピンのRNA-seqデータからクラスター根の発達へのエチレンの寄与が示唆されたことから、エチレン前駆体であるACCおよびエチレン合成阻害剤であるCo2+イオンを添加してその影響を評価した。その結果、エチレンはクラスター根を構成する小根の伸長停止に寄与するとともに、リン欠乏への発現応答にも関与していることが示唆された。
    新規なクラスター根形成種の探索を行うため、根のメタバーコーディングライブラリー作成のためのサンプル採集を進めた。クラスター根圏土壌細菌群集のメタバーコーディングを行うため、根圏土壌を採取し、アンプリコンシーケンスの準備を進めた。シロバナルーピンの根箱栽培を実施し、クラスター根におけるリン可溶化に関わる遺伝子発現および土壌中のリン形態を調査した結果、クラスター根の発達段階だけでなく根が形成された位置による違いが認められ、局所的に異なる機能を持つことが明らかとなった。
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 広島大学, 21H04717
  • 植物標本を用いた大規模な蛍光X線解析調査と植物の元素集積に関する情報基盤の構築
    科学研究費助成事業 基盤研究(C)
    2020年04月01日 - 2024年03月31日
    水野 隆文; 渡部 敏裕; 橋本 篤
    初年度(2020年)にXRFによる測定方法を確立し,さらに博物館,植物園および大学など植物標本を所有する学術機関と連携し,標本の貸与に関するルールを作成した。そのうえで2021年度は新たに高知県立牧野植物園,東北大学附属植物園,国立科学博物館,岡山大学資源植物科学研究所と連携し,XRFによる元素濃度のデータ収集し,日本の野生植物に関する植物栄養学知見の獲得を進めた。
    特に2021年度は日本の国土の30%を占める代表的な土壌型である黒ボク土地帯と,それ以外の地域に分布する野生植物について,イオウとリンの集積レベルに関する解析を実施した。自作標本を含む1,322点の植物標本について解析した結果,次の様な結果を得た。①火山周辺の黒ボク土に分布する野生植物は,非火山灰土壌の植物と比べ統計的に有意にイオウが高く,また健全な生育に必要とされる乾燥重量あたりの濃度(0.1%)を下回った比率は標本全体で17%程度となり,日本の野生植物は火山から供給により十分なイオウ濃度を維持していることが判明した。②黒ボク土では植物のリン吸収が抑制されることが広く知られているが,植物標本の解析結果からは土壌タイプの違いによる集積量の差は認められず,一方でいずれの土壌においても全体の三分の二が健全な生育に必要なリン濃度(0.2%)を下回っていた。よって,リンについては火山灰土壌か否かではなく,土壌に含まれるリン吸着性を有する粘土鉱物(アロフェン)の含有率で比較すべきであることが示唆された。それ以外にも③イオウとリンいずれも木本植物より草本植物での集積量が有意に高い,④植物の科のなかでユリ科の植物に高いイオウ集積性が確認された。⑤植物のイオウとリンの集積量には正の相関が認められる。などのことが新たに確認されるなど,植物のイオウとリンの集積に関する重要な知見を得ることができた。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 三重大学, 20K05765
  • 二次元イオノミクスの開発と植物栄養学への応用
    科学研究費助成事業 基盤研究(C)
    2020年04月01日 - 2023年03月31日
    渡部 敏裕; 平舘 俊太郎
    昨年度はアルミニウム(Al)および鉄(Fe)処理を施した植物サンプルに含まれる元素をバッファーで抽出し、分子量で分画した後に各元素濃度を測定することを試みた。しかし元素による抽出効率の違いが大きく、分画時に吸着による損失が生じた。そこで、単一のバッファーによる抽出液を分画するのではなく、異なるバッファーで抽出される成分の元素プロファイルに対する処理の影響を調査した。+Al処理と+Fe処理をメラストーマに対して行い、処理後の各部位を中性あるいは酸性バッファーで抽出し、抽出液をICP-MSで測定した。また、サンプルを湿式分解し全濃度についても測定した。その結果、抽出バッファーの違いで傾向が異なる元素が認められた。例えば、若葉でのカルシウムは+Al処理で中性バッファーではコントロールと比べて濃度が著しく低下した一方、酸性バッファーでは大きく上昇した。この傾向は+Fe処理では認められず+Al特有の現象だった。一方、若葉のモリブデン濃度については+Al処理と+Fe処理の両方で酸性バッファーでの濃度が上昇しており、AlとFeの影響は類似した。他の元素においても特徴的な結果は複数認められ、部位間による傾向の違いも見られた。来年度はこれらについても解析を進めたい。それぞれの抽出液における分子量別元素プロファイリングについても検討する。
    次に、窒素、リン、カリウムのいずれかを欠乏させた圃場および全て施肥した圃場で栽培した異なる4植物種の根圏および非根圏土壌における抽出性元素濃度の差異を水抽出と0.1 M塩酸抽出でそれぞれ調べた。その結果、水抽出と塩酸抽出では多くの元素で傾向が異なり、根圏において同様の挙動を示す元素グループが複数確認された。種間においても傾向の違いは見られ、それぞれの養分元素に対する植物側の元素集積プロファイルとの比較から植物根の元素可給化能の違いを説明できる可能性が示された。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 20K05762
  • 植物界の「シーラカンス」は超ストレス環境下でどのように生き延びてきたか?
    科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽)
    2020年07月30日 - 2022年03月31日
    和崎 淳; 中坪 孝之; 渡部 敏裕
    硫気荒原とよばれる硫酸酸性土壌は、低いpHに加え、溶出するアルミニウムの毒性、必須元素の欠乏、硫化水素による呼吸阻害など、植物にとって強烈な超ストレス環境である。硫気荒原に純群落を形成するミズスギの示す特異な超ストレス耐性の解明に取り組んだ。ミズスギの超ストレス耐性は、高い低pH耐性とアルミニウム耐性によってもたらされていることが示唆された。また、そのアルミニウム耐性は有機酸による解毒よりは体内において隔離すること、あるいは有効利用することにより得ていることを示唆する結果が得られた。微生物による耐性への寄与はあまり明確ではなかったが、硫気荒原に特徴的な微生物群集を形成していることが示唆された。
    日本学術振興会, 挑戦的研究(萌芽), 広島大学, 20K21315
  • 根圏の微量元素可溶化メカニズムと、その制御による放射性セシウム吸収抑制手法の開発
    科学研究費助成事業 基盤研究(A)
    2019年04月01日 - 2022年03月31日
    信濃 卓郎; 和崎 淳; 海野 佑介; 齋藤 隆; 尹 永根; 渡部 敏裕; 俵谷 圭太郎; 若林 正吉; 丸山 隼人
    短半減期の放射性同位元素(11C)を地上部にCO2として地上部に同化させ、この同化産物の土壌への分泌パターンを解析する取り組みを進めた。試験では植物の根の生育状況を改善するために根箱の改良にまず取り組み、水耕栽培にてある程度植物体を成長させ、適切な根系を発達させた後に、メンブレンで根の侵入を抑制した根箱に挟み込む手法を導入する事で、根とその周辺の土壌を分けることに成功した。
    このように根と土壌の間に根の移動を遮る膜を設置することで、根への化合物の移動と、根圏への分泌物を区分する技術を、豆科作物のルーピンに適用した。得られた土壌の物理性(粘土鉱物組成)、化学性(各種元素の溶解度の変化)、生物性(微生物群衆構造)の解析を進めている。根分泌液に含まれる代謝産物を土壌溶液から包括的に解析する目的の前段階として植物がカリウム栄養に応じてどのように分泌化合物の変動を示すのかについての解析をメタボローム解析を用いて進めた。また、実際の土壌御輸液を解析するためにキャピラリー電気泳動質量分析装置を利用する方向で取り組んでいるが、特にカチオンの代謝産物を精度よく解析するための徐塩の条件件を進めた。
    さらに、供試するルーピンの放射性セシウム吸収特性を晶完備するためbに福島県内の放射性セシウムによって汚染された圃場において栽培試験を行った。その結果、ルーピンは従来知られているいずれの作物に比べても著しく高い放射性セシウム吸収能を有する事が明らかになった。
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 北海道大学, 19H01169
  • 根分泌科学の新展開:農業生産への活用と生態学的機能
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2017年04月01日 - 2020年03月31日
    和崎 淳; 坪田 博美; 丸山 隼人; 西田 翔; 渡部 敏裕; 佐々木 孝行; 俵谷 圭太郎
    本研究は、クラスター根を形成する低リン超耐性植物を材料として、クラスター根の形成や機能発現のしくみを明らかにするとともに、低リン超耐性植物の農業利用の可能性と自然環境中で示す生態学的機能を調査することを目的として実施した。その結果、クラスター根の根圏においては、通常の植物が利用できない難溶性の有機態リンが大幅に減少し、この画分から植物が吸収していることが示された。さらに、根圏を共有する植物において養分吸収全体の傾向が変化することが示された。さらに、クラスター根形成種の混植により主作物のリン吸収が増加し、リンの施肥量を低減できる可能性が示された。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 広島大学, 17H03783
  • 樹皮組織のイオノミクス
    科学研究費補助金(挑戦的萌芽研究)
    2016年 - 2018年
    佐野雄三
    文部科学省, 競争的資金
  • 膜脂質層の分子的改変による、イオンストレスマルチ耐性植物の創生
    科学研究費補助金(基盤研究(B))
    2015年 - 2017年
    我妻忠雄
    文部科学省, 競争的資金
  • 植物において有害元素になぜ有益性が認められるのか
    科学研究費補助金(挑戦的萌芽研究)
    2015年 - 2017年
    渡部 敏裕
    本研究では、有害元素がしばしば示す植物生育に対する有益な効果を説明する機構として、有害元素による抗酸化ストレス活性賦活化の関与を予想した。有害かつ有用な元素としてよく知られているアルミニウムとナトリウムに着目し研究を行った。アルミニウムについては直接的な証拠は得られず、ナトリウムに関しては光による酸化ストレスにおいて仮説が支持された。しかしながら、クロロフィル蛍光による解析からこの現象における光合成の関与は認められず、抗酸化物質の測定などさらなる検討が必要であると考えられた。
    文部科学省, 挑戦的萌芽研究, 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 15K14673
  • アルミニウム集積木本植物におけるアルミニウム集積機構および耐性機構の新たな展開
    科学研究費補助金(基盤研究(B))
    2015年 - 2017年
    渡部 敏裕
    本研究ではアルミニウム(Al)ストレスに対してAl集積木本植物がどのように適応しているのかをMelastoma malabathricum(メラストーマ)を中心に、遺伝子発現、元素、代謝産物、およびAl形態から総合的に解析した。その結果、メラストーマにおけるAl吸収・輸送・集積に関する遺伝子発現変動の全体像、Al集積におけるAl-クエン酸キレートの重要性、木本植物のAl集積におけるフェノリクスの重要性が明らかとなった。今回得られた成果は今後のAl集積木本植物のAl過剰適応機構/Al集積機構を研究する上で、多くの示唆を与えるものである。
    文部科学省, 基盤研究(B), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 15H04465
  • イオノミクス・メタボロミクス解析によるRILsを用いた大豆青立ち耐性機構の解明
    科学研究費助成事業
    2013年04月01日 - 2016年03月31日
    中村 卓司; 岡崎 圭毅; 山田 哲也; 信濃 卓郎; 福崎 栄一郎; 渡部 敏裕
    大豆では品質低下・減収を招く「青立ち」現象(莢先熟)が多発している。遺伝的特性と青立ち抵抗性の生理生化学的機構の関係を明らかにするため、青立ち抵抗性の異なるRILs(組換え自殖系統群)を用い摘莢処理によって青立ちを発生させ、イオノミクスおよびメタボロミクスの手法を用いて青立ち程度と養分吸収や代謝経路を解析した。その結果、青立ち発生しやすい大豆RILは茎の有機酸・アミノ酸代謝が高まり、窒素含有率が上昇した。これは青立ちによって子実より茎へ養分が転流し、茎で窒素代謝が高まるためと考えられた。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 25450089
  • 開放系オゾン付加施設で生育する冷温帯樹種の成長に及ぼす窒素沈着の影響解明と応用
    科学研究費補助金(基盤研究(B))
    2014年 - 2016年
    小池孝良
    文部科学省, 競争的資金
  • 尻腐れ果の発生機構の解明と克服のための統合的アプローチ
    科学研究費補助金(基盤研究(A))
    2014年 - 2015年
    金山喜則
    文部科学省, 競争的資金
  • イオノミクスを活用した果実の栄養強化に関する研究
    科学研究費補助金(挑戦的萌芽研究)
    2014年 - 2015年
    金山喜則
    文部科学省, 競争的資金
  • 植物の元素集積・元素獲得特性の多様性
    科学研究費補助金(基盤研究(C))
    2012年 - 2014年
    渡部 敏裕
    【研究1】北大植物園に生育する植物種群の葉に含まれる元素の分析昨年度までの研究から、植物生育を制限する要因となりうる元素において特に植物種間の含有率変動が大きいことが明らかにされた。本年度は、昨年度の結果で種間での含有率変動が特に大きかったアルミニウムとナトリウムに注目した。アルミニウムについては、これまでに報告がほとんどないシダ類と、これまで集積特性がわかっていないハイノキ科およびノボタン科のアルミニウム集積植物を詳細に調べ、その集積機構がシダ類と高等植物である程度類似していることを明らかにした。これはすなわち、アルミニウム集積・無毒化機構は原始的な特性であることを示唆する。得られた結果は国際学会および国際学術誌にて発表した。ナトリウムについてはビート及びイネの系統間における集積および耐性の多様性についての研究に着手した。【研究2】異なる土壌環境で生育する植物とその土壌の分析異なる土壌環境で生育している同一の野生種について、それぞれ土壌と植物体のイオノーム分析に着手した。土壌については水抽出と酢酸アンモニウム抽出の二つを行った。現在、分析を継続しつつ、得られたデータの解析を進めている。また昨年度は異なる化学性を持つ土壌について異なる抽出方法で抽出された元素の網羅的な分析を行い、そこで栽培したトウモロコシの葉の含有率との相関を各元素で調べたが、その研究結果は論文としてまとめ、現在国際学術誌に投稿中である。
    文部科学省, 基盤研究(C), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 24580088
  • 膜脂質層の分子的改変による酸性土壌複合ストレスへのマルチ耐性植物の創生
    科学研究費補助金(基盤研究(B))
    2011年 - 2013年
    我妻 忠雄; 俵谷 圭太郎; 和崎 淳; 渡部 敏裕; 小山 博之; 豊増 知伸; 黒田 昌治; 及川 彰
    栽培手法と分子的手法の両面から、根の膜脂質層を低リン脂質・高ステロール化させる目的で、Al耐性の弱いコシヒカリの低リン栽培植物とPAH(リン脂質のガラクト脂質への変換鍵遺伝子)、HMG(ステロール生合成の鍵遺伝子)過剰発現組換え体とを作った。栽培イネのAl耐性・低pH下での低Ca耐性や、数種の組換え系統でAl耐性や低P耐性が向上した。低P耐性イネ品種では、低P条件下での含P代謝産物の分解程度に特徴が認められた。シロイヌナズナで、リンリサイクリング能に貢献する数種の遺伝子と、それらの機能を明らかにした。
    文部科学省, 基盤研究(B), 山形大学, 連携研究者, 競争的資金, 23380041
  • イオノミクスを利用した環境ストレス応答解析
    科学研究費補助金(若手研究(B))
    2010年 - 2011年
    渡部 敏裕
    植物に含まれる元素の集合体であるイオノームに与える養分欠乏およびアルミニウムストレスの影響を調査した。窒素、リン、カリウムの欠乏は植物のイオノームプロファイルを大きく変動させた。測定した元素のうち、モリブデンとセシウムの変動が特に顕著だった。窒素欠乏下でのモリブデン含有率の上昇には窒素固定微生物が関与すると予想された。アルミニウムストレスもイネのイオノームプロファイルに影響した。
    文部科学省, 若手研究(B), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 22780053
  • Cesium accumulation in plant
    2010年
    競争的資金
  • イオノームによるミヤコグサの養分動態変異体の獲得と解析
    科学研究費補助金(特定領域研究)
    2008年 - 2009年
    信濃 卓郎; 渡部 敏裕
    マメ科モデル植物のミヤコグサ(Lotus japonicus)の養分吸収変異体を獲得するために、これまでに確立した吸収元素の網羅的解析手法であるイオノーム手法を用いた。変異体のスクリーニング対象としてはEMS(ethylmethane sulfonate)処理を行った種子を自分たちで調整した約200系統およびミヤコグサバイオリソースセンターから提供された約7000糸統を用いた。スクリーニング対象とした元素は必須元素としてはB, Mg, K, Ca, Mn, Fe, Cu, Zn, Mo、非必須元素としてはAI, As, Na, Ni, Sr, Cd, Csであり、非必須元素は野生株の生育に障害が出ない程度のレベルで培養液に添加して栽培を行なった。栽培は一定の環境条件下で同時に200系統を栽培し、全ての個体の地上部を別々に分解をし、対象元素含有率の測定をICP-MSを用いて行った。 200系統全体を母集団として、その平均から3倍以上あるいは半分以下にいずれかの元素含有率が変動した場合に変異を生じている候補として選抜し、地上部を切除した後の根部から植物体を再生することで種子を獲得した。同様の操作を繰り返し4世代目にいたっても元素含有率に変動か生じることを確認した系統を変異系統とした。 2000系統から32の変異系統が獲得された。得られた変異体の中で一つの元素だけが変動している系統は少なく、その平均は4-5種類の元素が同時に変異していることが示された。また元素の種類によっては変動株が多く得られるものがあり、その逆も認められた。実際に獲得したMoの変異株は体内めMoトランスポーターに変異が生じていることが確認され、本手法の有効性が認められた。また、化学的性質の異なる元素が体内においで一定のバランスを持っで存在するイオンホメオスタシスの現象が認められ、変異によってこのバランスかくずれる可能性が初めて示唆された。
    文部科学省, 特定領域研究, 北海道大学->独立行政法人農業技術研究機構->独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構, 連携研究者, 競争的資金, 20053001
  • 体内イオンバランスの調整に関与する遺伝子のイオノームによる解析手法の開発
    科学研究費補助金(特定領域研究)
    2006年 - 2007年
    信濃 卓郎; 渡部 敏裕
    誘導結合プラズマ質量分析(ICP-MS)法を用いてマメ科のモデル植物であるミヤコグサの各種有害元素(アルミニウム、ヒ素、カドミウム、セシウム、鉛、モリブデン、ニッケル、塩、ストロンチウム)の吸収、利用機構についての網羅的解析を進めた。昨年度までに各種有害元素の施与条件、分析条件等の確立を行ない、これまでに変異剤(EMS)処理を行なった約2000株の養分吸収能に関わる変異のスクリーニングを進めた。有害元素を含む20種類の異なる元素に関して植物体全体での濃度に変異が認められる系統、特定の部位(根あるいは地上部)に局在する系統を中心に植物と種子の獲得を行なっている。その結果、銅,マンガン,マグネシウム,モリブデン,カドミウム,ニッケル,ヒ素に関して通常の野生株とは全くことなる挙動を示す変異株が存在することが明らかとなった。このように、当初の目的であるイオノームによる解析手法の開発はほぼ完了したと判断される。そこで、特に挙動の異なるマグネシウム変異体に関して戻し交雑をすすめることにより、変異を引き起こしている遺伝子の獲得を進めている。このマグネシウム変異体は地上部へのマグネシウムの移行が抑制されており、生育量に大きな違いは出ないにも関わらず葉脈間に黄化が認められるという表現系を伴うため、変異の発現の確認が用意である利点もある。ミヤコグサはマメ科のモデル植物であり、マメ科はイネ科植物と比較してカルシウム、マグネシウムの吸収量が多いことが知られており、同じ二価のカチオンであるマグネシウムの吸収移行変異体の獲得は今後のマメ科作物の養分吸収機構を解析するための極めて重要な情報を提供することが期待される。
    文部科学省, 特定領域研究, 北海道大学, 連携研究者, 競争的資金, 18056001
  • 重金属集積植物の探査とその機能解析
    科学研究費補助金(若手研究(B))
    2004年 - 2006年
    渡部 敏裕
    1)昨年度までの実験で、インディアンマスタードとアマランサスは水耕条件では地上部に同程度カドミウムを集積するが、土耕条件ではインディアンマスタードの集積能力はアマランサスと比べて著しく劣ることがわかった。本年度の研究から、この土耕における異なる集積能力は根から分泌される主要な有機酸の種類が関与していることが示唆された。すなわち、アマランサスは不溶性カドミウムを可溶化する能力の高いクエン酸を分泌する一方、インディアンマスタードは可溶化能の低いシュウ酸が分泌性有機酸の主体であった。インディアンマスタード、アマランサスともにカドミウム以外の重金属も超集積する傾向があり、様々な重金属に汚染された土壌のファイトレメディエーションに利用可能であることが示唆された。2)昨年度までの実験で、カドミウム汚染土壌への零価鉄添加が植物のカドミウム集積低減に有効である事がわかった。本年度はその低減メカニズムを土壌化学的手法により解明した。カドミウムで汚染した水田土壌に零価鉄を添加することにより、土壌中のカドミウムは、植物に吸収されやすい交換態などの形態が減少し、吸収されにくい吸蔵態画分が増加することが明かとなった。3)鉱山跡地に生育する野生植物の根圏より採取した土壌から、カドミウム耐性細菌を分離した。分離した細菌をイネ幼植物体の根に塗布し、カドミウム汚染土壌で無菌栽培したところ、塗布しなかったコントロールと比較して大きく生育が改善された。
    文部科学省, 若手研究(B), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 16780043
  • 酸性土壌に対する根の総合的耐性戦略の解明と応用
    科学研究費補助金(基盤研究(A))
    2004年 - 2006年
    大崎 満; 信濃 卓郎; 渡部 敏裕; 小山 博之; 俵谷 圭太郎; 和崎 淳
    世界で広範に分布している酸性土壌において植物を栽培するためには、pHが低いことで溶出する金属イオンの毒性とリン酸がアルミニウムや鉄と結合するために起こるリン欠乏に対する耐性の改善が必要である。酸性土壌に適応する一部の植物は根から各種物質を分泌することによって、自ら根圏環境を改善して酸性土壌に適応する能力を有する。本研究は、この分泌能力を解明・強化することを目標として実施した。低リン耐性の強いルーピンより得た根分泌性酸性ホスファターゼをタバコに導入した。その結果、本酵素の機能により、土壌中有機態リンを分解・可給化することが可能となり、低リン条件下での生育を改善することに成功した。また、シロイヌナズナのリンゴ酸放出をモデルに難溶性リンを可溶化する有機酸の分泌に関する解析を実施し、リンゴ酸輸送タンパク質の誘導的発現に呼応してリンゴ酸が放出されていることを見出した。これは、根組織内部と根端での発現によるものであり、炭素喪失を最小限に抑制する機構であることがわかった。無機態リン酸獲得を向上するためには、部位特異的に発現制御する必要があると結論した。根から分泌される多糖類ムシラゲのカチオン吸着に関して、Melastoma malabathricumではAlのような三価カチオンに、トウモロコシでは二価カチオンに対する親和性が高いことが示された。M.maalabathricumのムシラゲはAlイオンに対する親和性は高いが、その結合力はトウモロコシのムシラゲと比較すると非常に弱かった。カチオン吸着における性質の違いには、構成糖の組成だけではなく、ウロン酸のメチル化度などが関与していると考えられた。アーバスキュラー菌根における外生菌糸成長促進物質の分離・精製を行った結果、リン欠乏のタマネギの根の浸出物から外生菌糸伸長と2次以降の分岐を促進する画分A2を得ることに成功した。
    文部科学省, 基盤研究(A), 北海道大学, 連携研究者, 競争的資金, 16208008
  • Ionomics in plant and soil
    2003年
    競争的資金
  • Acid soil tolerance in plants
    1992年
    競争的資金
■ 産業財産権
  • セシウム吸着材、その利用、および、フィチン酸鉄塩の製造方法
    特許権, 海野 佑介; 信濃 卓郎; 渡部 敏裕; 高雄 惇英
    特願2015-115268, 2015年06月05日