マメ科植物ミヤコグサ根粒における炭素代謝関連酵素の機能解析

• Project/Area Number: 15780047
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Plant nutrition/Soil science
• Research Institution: Kagawa University
• Principal Investigator: 東江 美加 (野村 美加) 国立大学法人香川大学, 農学部, 助教授 (50294749)
• Project Period (FY): 2003 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000); Fiscal Year 2004: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2003: ¥1,600,000 (Direct Cost: ¥1,600,000)
• Keywords: 根粒 / マメ科植物 / PEPC / ミヤコグサ / 炭素代謝 / 窒素代謝 / 形質転換ミヤコグサ / アセチレン還元活性

Research Abstract

PEPC(Phoshoenol pyruvate carbosylase)酵素は、トウモロコシなどC4光合成酵素の一つとして知られているが、近年マメ科植物根粒で強い発現をしているという報告がある。マメ科植物ミヤコグサPEPC活性を測定した結果、根粒は葉に比べて約100倍も高いPEPC活性を示した。この値はC4植物トウモロコシ緑葉のPEPC活性に相当する値であった。このことは根粒への炭素供給に重要な役割を果たしていると示唆されるが具体的な報告はない。我々はミヤコグサPEPC遺伝子の発現を調べると同時に35Sプロモーター下流にPpc遺伝子をアンチセンスに結合し、特異的にPEPC酵素の発現を増幅・減少させ、炭素・窒素代謝相互作用に関連する可能性、生育特性、窒素固定活性、形質転換植物の根粒着生等に及ぼす影響、栄養生理的役割を解明することを試みた。その結果、根粒PEPC活性を抑制させたアンチセンスミヤコグサの根粒PEPC活性は、非形質転換体に比べ約80%減少していた。また、PEPC活性が減少していたアンチセンスミヤコグサのPEPC mRNA,タンパク質レベルも非形質転換体に比べ減少していた。アンチセンスミヤコグサ根粒のアヤチレン還元活性は非形質転換体根粒に比べ約50%も減少していた。この植物を窒素フリー培地で生育させると生育が抑制された。根粒の有機酸を測定した結果、根粒内のリンゴ酸が減少し、クエン酸が増加していた。以上の結果、根粒PEPC活性を抑制させると根粒の窒素固定能が減少し、そのためこの植物を窒素フリー培地で生育させると植物内の窒素不足により植物の生育が抑制されたのではないかと推測した。このことから根粒のPEPC酵素は根粒への炭素供給に重要な役割を果たしていると考えられる。また根粒内PEPC酵素の減少によりリンゴ酸が減少したがそれを補うかのようにクエン酸量増加させていることが明らかとなった。

Research Products

• [Journal Article] Expression cloning of a variety of novel protein kinase in Lotus japonicus. (2005)
  • Author(s): Nomura, M., Tajima, S 他6名
  • Journal Title: J.Biochemistry 137 Pages: 33-39
  • NAID: 10017342482
• [Journal Article] Differential expression pattern of C_4-bundlle sheath expression genes in rice, a C_3 plant. (2005)
  • Author(s): Nomura, M., Higuchi, T., Ishida, Y., Obta, S., Komari, T.他4名
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology 46(In press)
• [Journal Article] The promoter for C_4-type mitochondrial aspartate aminotransferase does not direct bundle sheath-specific expression in transgenic rice plants. (2005)
  • Author(s): Nomura, M., Higuchi, T., Katayama, K., Taniguchi, M.他3名
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology 46(In press)
  • NAID: 10015661862
• [Journal Article] Proteomic analysis on symbiotic differentiation of mitochondria in soybean nodules. (2004)
  • Author(s): Le Thi-Phong Hoa, Mika Nomura 他3名
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology 45 Pages: 300-308
  • NAID: 10012724055
• [Journal Article] Characterization of bacteroid proteins in soybean nodules formed with Bradyrihizobium japonicum USDA110. (2004)
  • Author(s): Le Thi-PhongHoa, Mika Nomura, Shigeyuki Tajima
  • Journal Title: Microbes and Environments 19 Pages: 71-75
• [Journal Article] Expression islands clustered on symbiosis island of Mesorhizobium loti genome. (2004)
  • Author(s): M., Nomura, A., Suzuki, Y., Shimoda, K., Shioya, M., Abe, K., Minamisawa 他17名
  • Journal Title: J.Bacteriology 186 Pages: 2439-2448
• [Publications] Le Thi-Phong Hoa, Mika Nomura, Hideyuki Kajiwara, David Alexander Day, Shigeyuki Tajima: "Proteomic analysis on symbiotic differentiation of mitochondria in soybean nodules."Plant and Cell Physiol. (In press). (2004)
• [Publications] Le Thi-PhongHoa, Mika Nomura, Shigeyuki Tajima: "Characterization of bacteroid proteins in soybean nodules formed with Bradyrihizobium japonicum USDA110."Microbes and Environments. (In press). (2004)
• [Publications] T., Uchiumi, T.Ohwada, M.Itakura, H.Mitsui, N.Nukui, P.Dawadi, T.Kaneko, T.Yokoyama, T.Tejima, K.Saeki, H.Oomori, M.Hayashi, T.Maekawa, R.Sriprang, Y.Murooka, S.Tajima, K.Simomura, M.Nomura, A.Suzuki, Y.Shimoda, K.Shioya, M.Abe, K.Minamisawa: "Expression islands clustered on symbiosis island of Mesorhizobium loti genome."J.Bacteriology. (In press). (2004)
• [Publications] Shigeyuki Tajima, Mika Nomura, Hiroshi Kouchi: "Frontiers in Bioscience"Ureide biosynthesis in legume nodules(In press). (2004)