窒素栄養に応答した根粒共生抑制の制御機構の解析

• Project/Area Number: 17J02948
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Plant molecular biology/Plant physiology
• Research Institution: University of Tsukuba (2018); The Graduate University for Advanced Studies (2017)
• Principal Investigator: 西田 帆那 筑波大学, 生命環境系, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000); Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: 根粒共生 / 硝酸応答 / ミヤコグサ / 転写因子

Outline of Annual Research Achievements

マメ科植物は窒素栄養の乏しい土壌において根粒共生を行うが、土壌中に硝酸などの窒素栄養が十分に存在する場合には宿主植物が根粒共生を抑制することが知られている。昨年度までの研究により、NLP転写因子をコードするNITRATE UNRESPONSIVE SYMBIOSIS1 (NRSYM1)が硝酸による根粒共生抑制制御において中心的な役割を担う因子であることを明らかにした。
ミヤコグサ突然変異体nrsym2は、高濃度の硝酸存在下でも成熟した根粒を形成する変異体であり、その原因遺伝子は転写因子をコードする。本年度はNRSYM2が高濃度の硝酸に応答して根粒形成の抑制因子であるCLE-RS2遺伝子の発現を直接誘導することにより根粒形成数を負に制御することを明らかにした。
NRSYM1/2は様々な標的因子を使い分けることにより根粒共生を多面的に制御していると予想される。そこで次世代シーケンサーを用いたRNA-seqにより、野生型、nrsym1変異体、nrsym2変異体およびnrsym1 nrsym2二重変異体での網羅的な遺伝子発現比較を行い、硝酸による根粒共生初期の抑制制御においてNRSYM1/2の下流で働く遺伝子群を探索した。また、根粒共生の正の制御因子であるNIN転写因子の標的遺伝子の発現パターンを調査した結果、野生型では根粒菌感染によるNIN標的遺伝子の発現誘導が硝酸処理によって抑制されたが、nrsym1 nrsym2二重変異体では硝酸処理によるNIN標的遺伝子の発現誘導の抑制が見られなかった。さらに、NIN標的遺伝子のプロモーターとNRSYM1およびNRSYM2タンパクが相互作用することが明らかになった。以上のことからNRSYM1/2がNIN標的遺伝子のプロモーター領域に結合し、NINによる標的遺伝子の発現誘導を阻害することによって根粒菌感染を抑制する可能性が示唆された。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] LACK OF SYMBIONT ACCOMMODATION controls intracellular symbiont accommodation in root nodule and arbuscular mycorrhizal symbiosis in Lotus japonicus (2019)
  • Author(s): Suzaki Takuya、Takeda Naoya、Nishida Hanna、Hoshino Motomi、Ito Momoyo、Misawa Fumika、Handa Yoshihiro、Miura Kenji、Kawaguchi Masayoshi
  • Journal Title: PLOS Genetics Volume: 15 Issue: 1 Pages: e1007865-e1007865
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1007865
  • NAID: 120007128215
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Nitrate-mediated control of root nodule symbiosis (2018)
  • Author(s): Nishida Hanna、Suzaki Takuya
  • Journal Title: Current Opinion in Plant Biology Volume: 44 Pages: 129-136
  • DOI: 10.1016/j.pbi.2018.04.006
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Two Negative Regulatory Systems of Root Nodule Symbiosis: How Are Symbiotic Benefits and Costs Balanced? (2018)
  • Author(s): Nishida Hanna、Suzaki Takuya
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 59 Issue: 9 Pages: 1733-1738
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy102
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] PLENTY, a hydroxyproline O-arabinosyltransferase, negatively regulates root nodule symbiosis in Lotus japonicus (2018)
  • Author(s): Yoro Emiko、Nishida Hanna、Ogawa-Ohnishi Mari、Yoshida Chie、Suzaki Takuya、Matsubayashi Yoshikatsu、Kawaguchi Masayoshi
  • Journal Title: Journal of Experimental Botany Volume: 70 Issue: 2 Pages: 507-517
  • DOI: 10.1093/jxb/ery364
  • NAID: 120007128131
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A NIN-LIKE PROTEIN mediates nitrate-induced control of root nodule symbiosis in Lotus japonicus. (2018)
  • Author(s): Nishida, H., Tanaka, S., Handa, Y., Ito, M., Sakamoto, Y., Matsunaga, S., Betsuyaku, S., Miura, K., Soyano, T., Kawaguchi, M., and Suzaki, T.
  • Journal Title: Nat. Commun. Volume: 9 Issue: 1 Pages: 499-499
  • DOI: 10.1038/s41467-018-02831-x
  • NAID: 120007134469
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 硝酸に応答した根粒形成制御におけるNRSYM1及びNRSYM2の役割 (2019)
  • Author(s): 西田 帆那、鈴木 孝征、伊藤 百代、野元 美佳、多田 安臣、西嶋 遼、川勝 泰二、川口 正代司、寿崎 拓哉
  • Organizer: 第60回日本植物生理学会年会
• [Presentation] How do plants cease root nodule symbiosis under nitrate-sufficient conditions? (2018)
  • Author(s): Hanna Nishida, Sachiko Tanaka, Yoshihiro Handa, Takamasa Suzuki, Momoyo Ito, Takashi Soyano, Masayoshi Kawaguchi, Takuya Suzaki
  • Organizer: 13th European Nitrogen Fixation Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] NRSYM1およびNRSYM2を介した硝酸に応答した根粒共生の制御 (2018)
  • Author(s): 西田 帆那、半田 佳宏、鈴木 孝征、伊藤 百代、野元 美佳、多田 安臣、征矢野 敬、川口 正代司、寿崎 拓哉
  • Organizer: 日本植物学会第82回大会
• [Presentation] Identification of NRSYM1 and NRSYM2 regulating root nodule symbiosis in response to nitrate (2018)
  • Author(s): Hanna Nishida, Yoshihiro Handa, Takamasa Suzuki, Momoyo Ito, Mika Nomoto, Yasuomi Tada, Takashi Soyano, Masayoshi Kawaguchi, Takuya Suzaki
  • Organizer: Tsukuba Global Science Week 2018
• [Presentation] NITRATE UNRESPONSIVE SYMBIOSIS 1は硝酸に応答して根粒形成を負に制御する (2018)
  • Author(s): 西田帆那, 田中幸子, 半田佳宏, 伊藤百代, 征矢野敬, 川口正代司, 寿崎拓哉
  • Organizer: 第59回日本植物生理学会年会
• [Presentation] NRSYM1は硝酸に応答して根粒共生を抑制する (2017)
  • Author(s): 西田帆那, 田中幸子, 半田佳宏, 伊藤百代, 征矢野敬, 川口正代司, 寿崎拓哉
  • Organizer: 日本植物学会第81回大会
• [Presentation] NITRATE UNRESPONSIVE SYMBIOSIS 1を介した硝酸による根粒共生の制御 (2017)
  • Author(s): 西田帆那, 田中幸子, 半田佳宏, 伊藤百代, 征矢野敬, 川口正代司, 寿崎拓哉
  • Organizer: 第27回植物微生物研究交流会
• [Presentation] NITRATE UNRESPONSIVE SYMBIOSIS 1 mediates control of root nodule symbiosis in response to nitrate (2017)
  • Author(s): Hanna Nishida, Sachiko Tanaka, Yoshihiro Handa, Momoyo Ito, Takashi Soyano, Masayoshi Kawaguchi, Takuya Suzaki
  • Organizer: 新学術領域研究・植物の成長可塑性を支える環境認識と記憶の自律分散型統御システム第3回若手の会
• [Presentation] NITRATE UNRESPONSIVE SYMBIOSIS 1 mediates control of root nodule symbiosis in response to nitrate (2017)
  • Author(s): Hanna Nishida, Sachiko Tanaka, Yoshihiro Handa, Momoyo Ito, Takashi Soyano, Masayoshi Kawaguchi, Takuya Suzaki
  • Organizer: IGER International Symposium on Long-distance Signaling in Plants
  • Int'l Joint Research