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Analysis of chemical communication for symbiosis between plants and methylotrophic bacteria.

Research Project

Project/Area Number 20K05817
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 38020:Applied microbiology-related
Research InstitutionOkayama University of Science

Principal Investigator

Mitsui Ryoji  岡山理科大学, 生命科学部, 教授 (60319936)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywords植物共生微生物 / メチロトローフ / PQQ / ランタノイド / メタノールデヒドロゲナーゼ / 二成分制御系 / 植物生育促進 / Methylorubrum / 植物生育促進微生物(PGPM) / 化学コミュニケーション / メタノール脱水素酵素 / メタノール / Methylobacterium / 共生
Outline of Research at the Start

動物や植物などの高等生物は様々な微生物と共生している。その共生関係は互いに供給しあう化合物が媒介物質となるコミュニケーションと捉えることができる。相利的な共生関係においては化合物を介した、いわゆる化学コミュニケーションにより宿主側、微生物側にとってともに有益な関係を構築していると考えられる。本研究では十分解明されていない植物と微生物の化学コミュニケーションのメカニズムを明らかにし、農作物の生育促進技術への応用や病気の防御へと応用につなげるべく研究を進める。

Outline of Final Research Achievements

The Pink Pigmented Facultative Methylotrophs (PPFMs), symbiotic bacteria that inhabit plant leaves, provide plants with compounds such as plant hormones and PQQ to promote their growth. This highlights the potential applications of PPFMs in increasing crop yields. In our study, we specifically focused on the ability of PPFMs to secrete PQQ on the leaves, reducing the impact of reactive oxygen species generated by plants during photosynthesis. The leaf-specific secretion of PQQ is regulated by a two-component regulatory system known as MxbDM, indicating chemical communication between plants and microorganisms, with lanthanides serving as indicators of the plant's position. Disruption of this gene was found to significantly affect enzymes and secretions involved in symbiosis.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の成果は地球の温暖化等をはじめとする環境の変化による食糧供給に資することが期待される。植物は根圏や葉圏で多くの微生物と共生関係を築き生育の促進効果や病原性微生物を防御するなどの共生関係を形成しているが、そのメカニズムは不明な点も多い。今回の研究ではPPFMsと呼ばれる微生物群が光合成を補助する役割をもつPQQを葉上特異的に分泌する新たなメカニズムの解明について幾つかの知見が得られた。光合成を補助するためには地上部特に葉面ではたらくことが必要であり、これに遷移金属元素のランタノイドが貢献していることは興味深い。このメカニズムの解明は微生物を用いた先端農業へ貢献が期待される。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2022 2021 2020

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (7 results) Book (2 results)

  • [Journal Article] メタノールとランタノイドがつなぐ微生物と植物間の共生2021

    • Author(s)
      三井亮司
    • Journal Title

      温古知新

      Volume: 58 Pages: 73-79

    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Journal Article] Regulation of lanthanide-dependent methanol oxidation pathway in the legume symbiotic nitrogen-fixing bacterium Bradyrhizobium sp. strain Ce-32020

    • Author(s)
      Viagian Pastawan, Soya Suganuma, Kosuke Mizuno, Lun Wang, Akio Tani, Ryoji Mitsui, Kohei Nakamura, Masaya Shimada, Takashi Hayakawa, Nanung Agus Fitriyanto, and Tomoyuki Nakagawa
    • Journal Title

      Journal of Bioscience and Bioengineering

      Volume: 130 Issue: 6 Pages: 582-587

    • DOI

      10.1016/j.jbiosc.2020.07.012

    • NAID

      40022443010

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Lanthanide-Dependent Methanol and Formaldehyde Oxidation in Methylobacterium aquaticum Strain 22A2020

    • Author(s)
      Patcha Yanpirat, Yukari Nakatsuji, Shota Hiraga, Yoshiko Fujitani, Terumi Izumi, Sachiko Masuda, Ryoji Mitsui, Tomoyuki Nakagawa and Akio Tani
    • Journal Title

      microorganisms

      Volume: 8 Issue: 6 Pages: 822-822

    • DOI

      10.3390/microorganisms8060822

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Preference for particular lanthanide species and thermal stability of XoxFs in Methylorubrum extorquens strain AM1.2020

    • Author(s)
      Wang L., Hibino A., Suganuma S., Ebihara A., Iwanoto S., Mitsiu R., Tani A. ,Shimada M., Hayakawa T., Nakagawa T.
    • Journal Title

      Enzyme and Microbial Technology

      Volume: 136 Pages: 109518-109518

    • DOI

      10.1016/j.enzmictec.2020.109518

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 植物共生メチロトローフ細菌<i>Methylorubrum extorquens</i> AM1のメタノールデヒドロゲナーゼアイソザイムの発現制御に関わる二成分制御系の解析2022

    • Author(s)
      高橋莉史、矢野嵩典、谷明生、中川智行、三井亮司
    • Organizer
      日本生物工学会西日本大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] グラム陽性メチロトローフ細菌<i>Arthrobacter</i> sp. YM1のランタノイド依存的メタノール生育に関する研究2022

    • Author(s)
      森田 翔太, 八木 茜, 矢野 嵩典, 谷 明生, 中川 智行, 阿野 嘉孝, 三井 亮司
    • Organizer
      日本農芸化学会2022年度大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 植物共生メチロトローフ細菌<i>Methylorubrum extorquens</i> AM1のランタノイドに応答したメタノールデヒドロゲナーゼXoxF1の発現調節機構の解析2022

    • Author(s)
      高橋 莉史,矢野 嵩典,中川 智行,谷 明生,三井 亮司
    • Organizer
      日本農芸化学会2022年度大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] グラム陽性メチロトローフ細菌 Arthrobacter sp. YM1 の 新規ランタノイド依存型メタノールデヒドロゲナーゼの精製と諸性質2021

    • Author(s)
      森田翔太, 任家宜, 谷明生, 中川智行, 阿野嘉孝, 矢野嵩典, 三井亮司
    • Organizer
      日本農芸化学会西日本・中四国・関西支部 2021年度合同鹿児島大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 低栄養下におけるMethylorubrum属細菌のランタノイドによる生育促進応答に関する研究2021

    • Author(s)
      根本侑知,水野洸介,原田雄斗,岩本悟志,谷明生,三井亮司,島田昌也,早川享志,中川智行
    • Organizer
      第73回日本生物工学会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Methylorubrum属細菌の低栄養環境下におけるランタノイド応答の分子メカニズムの解明2020

    • Author(s)
      水野 洸介、原田 雄斗、岩本 悟志、谷 明生、三井 亮司、島田 昌也、早川 享志、中川 智行
    • Organizer
      日本農芸化学会2020年度大会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 植物葉上共生細菌 Methylorubrum extorquens AM1 のランタノイド依存型メタノ ールデヒドロゲナーゼアイソザイム XoxF2 の解析2020

    • Author(s)
      竹内赴登,山下颯太,谷 明生,中川智行,矢野嵩典,三井亮司
    • Organizer
      日本農芸化学会2020年度中四国支部大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Book] バイオリアクターのスケールアップと物質生産事例集2021

    • Author(s)
      三井亮司(分担)
    • Total Pages
      515
    • Publisher
      (株)技術情報協会
    • ISBN
      9784861048302
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Book] 遺伝子・細胞から見た応用微生物学2020

    • Author(s)
      阪井康能、竹川薫、橋本渉、片山高嶺ほか
    • Total Pages
      186
    • Publisher
      朝倉書店
    • ISBN
      9784254431247
    • Related Report
      2020 Research-status Report

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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