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: 24114702
• 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, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (60261492)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥12,480,000 (Direct Cost: ¥9,600,000、Indirect Cost: ¥2,880,000); Fiscal Year 2013: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2012: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
• Keywords: 遺伝子 / シグナル伝達 / 植物 / 生理学 / 環境

Research Abstract

本研究では、OsACTPK1に着目して、主要作物かつ好アンモニウム性のイネの根でのアンモニウムの吸収・同化調節に関わる分子実体の解明を目指し、それらの高CO2環境下でのイネの生育と炭素(C)/窒素(N)栄養バランス統御への寄与を評価した。
(1) イネ根でのアンモニウム吸収・同化におけるOsACTPK1の生理機能
OsACTPK1遺伝子破壊(OsACTPK1-KO)イネの解析から、充足濃度アンモニウム供給したイネ根において、OsACTPK1が、アンモニウム吸収・初期同化の制御に関わることが示唆された。OsACTPK1遺伝子自己プロモーター-cDNA-レポーター(sGFPまたはGUS)キメラ遺伝子導入日本晴を、播種後より充足濃度アンモニウムで10日間日毎処理した。GUS活性を指標としたOsACTPK1遺伝子のアンモニウムに応答したプロモーター活性は、根の先端部分及び伸長帯と成熟帯で認められた。OsACTPK1-sGFPは、根の先端部分及び伸長帯と成熟帯の表皮・外皮細胞のサイトゾルで主に観察された。イネ根のOsACTPK1の蓄積細胞群は、アンモニウム吸収・初期同化を担う鍵タンパク質・酵素が主に機能する細胞群と一致し、上記のOsACTPK1の生理機能が強く支持された。
(2) 高CO2環境下でのイネの生育とC/Nバランス統御へのOsACTPK1の寄与
通常大気CO2と高CO2下で、過剰濃度アンモニウムを供給したOsACTPK1-KOイネと対照系統の幼植物の表現形を再解析した。OsACTPK1-KOイネでは、高CO2下・過剰アンモニウム供給により、地上部生育促進傾向がみられ、OsACTPK1が、高CO2環境下の主要穀物イネの生産に重要な因子となりえると考える。OsACTPK1が担うC/N情報伝達と窒素代謝の制御機能の解明は、高CO2環境下植物栽培での効率的増産の分子基盤と期待される。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] NADH-dependent glutamate synthase plays a crucial role in assimilating ammonium in Arabidopsis root (2014)
  • Author(s): Konishi, N., Ishiyama, K., Matsuoka, K., Maru, I., Hayakawa, T., Yamaya, T. and Kojima, S.
  • Journal Title: Physiologia Plantarum Volume: in press Issue: 1 Pages: 138-151
  • DOI: 10.1111/ppl.12177
  • NAID: 120005691730
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cytosolic glutamine synthetase1;2 is responsible for the primary assimilation of ammonium in rice roots (2013)
  • Author(s): Funayama, K.$, Kojima, S.$, Tabuchi-Kobayashi, M., Sawa, Y., Nakayama, Y., Hayakawa, T. and Yamaya, T.
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 54 Issue: 6 Pages: 934-943
  • DOI: 10.1093/pcp/pct046
  • NAID: 10031184135
  • Peer Reviewed
• [Presentation] シロイヌナズナサイトゾル型グルタミン合成酵素1;2は根でアンモニウムによって誘導されアンモニウムを同化する (2013)
  • Author(s): 小西範幸
  • Organizer: 日本農芸化学会2013年度大会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2013-03-26
• [Presentation] シロイヌナズナNADH-グルタミン酸合成酵素の根におけるアンモニウム同化の重要性 (2013)
  • Author(s): 小西範幸
  • Organizer: 第54回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岡山大学
  • Year and Date: 2013-03-23
• [Presentation] シロイヌナズナ環境型におけるアンモニウム栄養利用の遺伝的な差異 (2013)
  • Author(s): 松岡香矢
  • Organizer: 第54回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岡山大学
  • Year and Date: 2013-03-21
• [Presentation] Rice novel protein kinase involved in regulation of ammonium uptake into roots under high concentration of external ammonium (2013)
  • Author(s): Toshihiko Hayakawa, Mitsuhiro Obara, Akiko Taniai, Yuki Sawa, Jin Ishizawa, Soichi Kojima, Tomoyuki Yamaya
  • Organizer: 2nd International Symposium on the Nitrogen Nutrition of Plants
  • Place of Presentation: Puerto Varas, Chile
• [Presentation] 植物の三大栄養素(N-P-K)の感知と利用の新理解、イネ根におけるアンモニウム態窒素吸収の負の制御の新理解
  • Author(s): 早川俊彦、山谷知行
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Invited
• [Presentation] シロイヌナズナは2つの低親和型グルタミン合成酵素を使い分けて根でアンモニウムを同化する
  • Author(s): 小西範幸、石山敬貴、丸郁美、松岡香矢、早川俊彦、山谷知行、小島創一
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 富山大学
• [Presentation] Strigolactone-independent reduction of tiller number in rice mutant lacking cytosolic glutamine synthetase1;2 or NADH-glutamate synthase1
  • Author(s): Miwa Ohashi, Keiki Ishiyama, Atsushi Hanada, Soichi Kojima, Toshihiko Hayakawa, Yoshiya Seto, ShinjiroYamaguchi, Tomoyuki Yamaya
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 富山大学
• [Remarks] 東北大学大学院農学研究科応用生命科学専攻植物機能科学講座植物細胞生化学分野ホームページ
  • URL: http://www.agri.tohoku.ac.jp/cellbio/index-j.htm
• [Remarks] 新学術領域研究｢植物生態学・分子生理学コンソーシアムによる陸上植物の高CO2応答の包括的解明｣HP
  • URL: http://plant.biology.kyushu-u.ac.jp/shinryoiki/index.html
• [Remarks] 東北大学大学院農学研究科応用生命科学専攻植物機能科学講座植物細胞生化学分野ホームページ
  • URL: http://www.agri.tohoku.ac.jp/cellbio/index-j.htm
• [Remarks] 新学術領域研究「植物生態学・分子生理学コンソーシアムによる陸上植物の高CO2応答の包括的解明」HP
  • URL: http://plant.biology.kyushu-u.ac.jp/shinryoiki/index.html