温室効果ガス削減効果を高めたダイズ・根粒菌共生系を開発~農地からの一酸化二窒素放出を抑制する革新的技術~

2025-09-05 農研機構,東北大学,帯広畜産大学,理化学研究所

農研機構、東北大学、帯広畜産大学、理化学研究所の共同研究チームは、農地からの温室効果ガス一酸化二窒素(N₂O)の排出を抑制する新たなダイズ・根粒菌共生系を開発した。高いN₂O分解能を持つ根粒菌を利用する試みは従来もあったが、土着根粒菌との競合で効果が限定的だった。本研究では、特定の根粒菌を排除する「共生不和合性遺伝子」を組み込んだダイズと、感染阻止を回避する自然変異型のN₂O削減根粒菌を組み合わせることで、選抜根粒菌が優占的に共生する仕組みを実現。実験室試験で根粒占有率は90%以上、N₂O放出量は従来比15%に低減し、ほ場試験でも占有率64%、放出量26%と大幅な削減を確認した。ダイズは世界的に重要な作物であり、この技術は持続可能な農業と地球温暖化抑制に資する革新的手法として期待されている。成果はNature Communicationsに掲載。

温室効果ガス削減効果を高めたダイズ・根粒菌共生系を開発~農地からの一酸化二窒素放出を抑制する革新的技術~

図1 N2O削減根粒菌と土着根粒菌

<関連情報>

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Hanna Nishida,Manabu Itakura,Khin Thuzar Win,Feng Li,Kaori Kakizaki,Atsuo Suzuki,Satoshi Ohkubo,Luong Van Duc,Masayuki Sugawara,Koji Takahashi,Matthew Shenton,Sachiko Masuda,Arisa Shibata,Ken Shirasu,Yukiko Fujisawa,Misa Tsubokura,Hiroko Akiyama,Yoshikazu Shimoda,Kiwamu Minamisawa & Haruko Imaizumi-Anraku
Nature Communications  Published:04 September 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-63223-6

Abstract

Soybeans fix atmospheric N2 through symbiosis with rhizobia. The relationship between rhizobia and soybeans, particularly those with high nitrous oxide (N2O)-reducing (N2OR) activities, can be leveraged to reduce N2O emissions from agricultural soils. However, inoculating soybeans with these rhizobia under field conditions often fails because of the competition from indigenous rhizobia that possess low or no N2OR activity. In this work, we utilize natural incompatibility systems between soybean and rhizobia to address this challenge. Specifically, Rj2 and GmNNL1 inhibit certain rhizobial infections in response to NopP, an effector protein. By combining a soybean line with a hybrid accumulation of the Rj2 and GmNNL1 genes and bradyrhizobia lacking the nopP gene, we develop a soybean-bradyrhizobial symbiosis system in which strains with high N2OR activity predominantly infect. Our optimize symbiotic system substantially reduces N2O emissions in field and laboratory tests, presenting a promising approach for sustainable agricultural practices.

1202農芸化学
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