高CO2環境下のイネの炭素・窒素栄養バランス高次統御に関わる窒素情報伝達系の解明

• Project Area: Comprehensive studies of plant responses to high CO2 world by an innovative consortium of ecologists and molecular biologists
• Project/Area Number: 22114502
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 早川 俊彦 東北大学, 大学院・農学研究科, 准教授 (60261492)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000); Fiscal Year 2011: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2010: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
• Keywords: 遺伝子 / シグナル伝達 / 植物 / 生理学 / 環境

Research Abstract

本研究では、イネGln情報伝達系構成因子候補のOsACRとOsACTPKの窒素(N)情報検知・伝達機能とNの吸収同化・転流利用機構への関与を検証するとともに、高CO_2環境下での炭素(C)/Nバランス調節機構への寄与を明らかとする。今年度は、OsACTPK1の生理・生化学的機能解析を進めた。
大腸菌内発現組換えOsACTPK1精製標品がMn^<2+>依存性タンパク質リン酸化活性を有すことを確認した。N情報やC/N情報の感知機能の観点から、このリン酸化活性に影響を与える遊離アミノ酸等の探索を行った。
外来NH_4^+充足下のTosl7挿入OsACTPK1遺伝子破壊イネ系統(OsACTPK1-KO)幼植物では、同遺伝子非破壊分離系統(対照系統)と比較して、根でのNH_4^+初期同化を担うサイトゾル型Gln合成酵素(GS1)とNADH-Glu合成酵素(GOGAT)の含量増加が確認された。昨年度の結果と合わせて考察すると、外来NH_4^+充足下のOsACTPK1-KO幼植物における全N含量と遊離アミノ酸含量の増加は、根のNH_4^+吸収量とGS1/NADH-GOGAT含量の増加に起因すると考えられた。
通常大気CO_2と高CO_2の条件下で、充足～過剰濃度のNH_4^+を供給したOsACTPK1-KOと対照系統の幼植物の表現形を比較した。この解析結果より、イネ幼植物根でのOsACTPK1のNH_4^+吸収調節を介したNH_4^+過剰蓄積回避への関与が示唆された。また、高CO_2下でOsACTPK1-KOは生長阻害が促進されたが、光合成機能が不充分な生育初期幼植物への過剰NH_4^+吸収・蓄積が一因と推察された。

Research Products

• [Journal Article] Disruption of a novel NADH-glutamate synthase2 gene caused marked reduction in spike let number of rice (2011)
  • Author(s): 田村亘, 小島創一, 豊川絢子, 渡邉英生, 田淵-小林真由美, 早川俊彦, 山谷知行
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: vol.2 Pages: 57-57
  • DOI: 10.3389/fpls.2011.00057
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reverse genetics approach to characterize a function of NADH-glutamate synthase1 in rice plants (2010)
  • Author(s): Wataru Tamura
  • Journal Title: Amino Acids Volume: 121 Pages: 535-547
  • Peer Reviewed
• [Presentation] イネ根における新規プロテインキナーゼ(OsACTPK1)のアンモニウム吸収制御への関与 (2012)
  • Author(s): 谷合彰子
  • Organizer: 第53回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 京都産業大学
  • Year and Date: 2012-03-18
• [Presentation] 酵母スプリットユビキチン法によるアンモニウム輸送担体と細胞質型グルタミン合成酵素の相互作用の解析 (2012)
  • Author(s): 松岡香矢
  • Organizer: 第53回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 京都産業大学
  • Year and Date: 2012-03-18
• [Presentation] Evidence to support a function of glutamine synthetase1;2 in the primary assimilation of ammonium ions in rice roots (2012)
  • Author(s): Kazuhiro Funayama
  • Organizer: 第53回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 京都産業大学
  • Year and Date: 2012-03-17
• [Presentation] イネにおける新規タンパク質リン酸化酵素を介したアンチニウム吸収制御とC/Nバランス (2011)
  • Author(s): 早川俊彦
  • Organizer: 日本植物学会第75回大会シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学(招待講演)
  • Year and Date: 2011-09-17
• [Presentation] イネにおけるグルタミン情報伝達系への関与が期待される新規ACTドメインプロテインキナーゼ様タンパク質4のリン酸化能解析 (2010)
  • Author(s): 谷合彰子
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2010年度北海道大会
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2010-09-07
• [Presentation] サイトゾル型グルタミン合成酵素1;2遺伝子破壊がイネの収量に及ぼす影響 (2010)
  • Author(s): 舟山和宏
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2010年度北海道大会
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2010-09-07
• [Presentation] イネのNADH-グルクミン酸合成酵素2遺伝子破壊変異体を用いた表現型の解析 (2010)
  • Author(s): 田村亘
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2010年度北海道大会
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2010-09-07
• [Presentation] シロイヌナズナ根のアンモニウム栄養に対する応答の分子遺伝学的な解析 (2010)
  • Author(s): 小島創一
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2010年度北海道大会
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2010-09-07
• [Presentation] シロイヌナズナ高親和型尿素輸送担体(AtDUR3)の翻訳後制御機構の探索とその基質特異性について (2010)
  • Author(s): 吉田圭吾
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2010年度北海道大会
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2010-09-07
• [Presentation] Rice vacuolar membrane-localized amino acid transporter, OsATA1;2, transports glutamine (2010)
  • Author(s): Toshihiko Hayakawa
  • Organizer: 1^<st> International Symposium on the Nitrogen Nutrition of Plants
  • Place of Presentation: Inuyama International Sightseeing Center
  • Year and Date: 2010-07-28
• [Presentation] Cytosolic glutamine symthetase1;2 is one of a key enzymes in ammonium assimi lation in root of rice plant (2010)
  • Author(s): Kazuhiro Funayama
  • Organizer: 1^<st> International Symposium on the Nitrogen Nutrition of Plants
  • Place of Presentation: Inuyama International Sightseeing Center
  • Year and Date: 2010-07-28
• [Presentation] Reverse genetic approach unravels the physiological functions of NADH-dependent glutamate synthase1 (NADH-GOGAT1) in ammonium assimilation in the root and productivity of rice plant (2010)
  • Author(s): Wataru Tamura
  • Organizer: 1^<st> International Symposium on the Nitrogen Nutrition of Plants
  • Place of Presentation: Inuyama International Sightseeing Center
  • Year and Date: 2010-07-28
• [Presentation] Interplay between ammonium transport and auxin signaling (2010)
  • Author(s): Soichi Kojima
  • Organizer: 1^<st> International Symposium on the Nitrogen Nutrition of Plants
  • Place of Presentation: Inuyama International Sightseeing Center
  • Year and Date: 2010-07-27
• [Presentation] Changes of root system by polyamine sypply is dependent on high-affinity urea transporter (2010)
  • Author(s): Keigo Yoshida
  • Organizer: 1^<st> International Symposium on the Nitrogen Nutrition of Plants
  • Place of Presentation: Inuyama International Sightseeing Center
  • Year and Date: 2010-07-27
• [Presentation] シロイヌナズナにおけるアンモニウムの輸送とグルタミン代謝の協調 (2010)
  • Author(s): 小島創一
  • Organizer: 第五回トランスポーター研究会
  • Place of Presentation: 東京医科大学病院
  • Year and Date: 2010-07-10
• [Presentation] Systemic and local root development to localized putrescine supply is dependent on high-affinity urea transporter (2010)
  • Author(s): Keigo Yoshida
  • Organizer: 21^<st> International Conference on Arabidopsis Research
  • Place of Presentation: Pacifico Yokohama
  • Year and Date: 2010-07-07
• [Book] Ammonium absorption and assimilation in plants. In "Nitrogen assimilation in plants" (2010)
  • Author(s): Soichi Kojima
  • Publisher: Research Signpost
• [Remarks]
  • URL: http://www.agri.tohoku.ac.jp/cellbio/index-j.htm
• [Remarks]
  • URL: http://www.agri.tohoku.ac.jp/cellbio/index-j.html