2016 Fiscal Year Research-status Report
ダイズとの共生相互作用を調節する根粒菌のタンパク質分泌機構
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15K20868
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
菅原 雅之 東北大学, 生命科学研究科, 助教 (90742776)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | タンパク質分泌系 / 根粒菌 / ダイズ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
根粒菌3型分泌タンパク質が及ぼす共生不和合性の分子機構：Rj2遺伝型ダイズに対して共生不和合性を示す根粒菌の3型分泌エフェクターを、遺伝子破壊及びウエスタンブロッティング解析により同定した。また当該エフェクタータンパク質のアミノ酸数残基の違いにより、Rj2ダイズに対する共生能が決定していることを明らかにした。またこのエフェクターを介した共生不和合性はダイズに止まらず、ある種のVigna属植物との共生関係においても認められた。したがって、当該エフェクターと宿主Rタンパク質との相互作用による根粒形成阻害機構は、マメ科植物と根粒菌の共生関係において一般的なメカニズムである可能性が示唆された。
ダイズ根粒菌新規６型分泌機構の共生相互作用における役割：ダイズ品種エンレイへの根粒形成に対するダイズ根粒菌の６型タンパク質分泌系の影響は認められなかった。一方でこれまでに蓄積されてきたゲノム情報を利用したデータベース解析により、当該遺伝子群がほぼすべてのダイズ根粒菌ゲノムにおいて、共生アイランド領域ではなく、ゲノムコア領域に保存されていることがわかった。これらの結果からダイズ根粒菌の6型分泌系は、根粒形成や窒素固定などの共生に関する機能よりも、むしろ土壌中における競合や生存において有利に働いている可能性が考えられた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、宿主植物根圏における根粒菌の感染戦略を理解することを目的して、(1)根粒菌3型タンパク質分泌系が及ぼす共生不和合性の分子機構、および (2)ダイズ根粒菌の6型分泌機構が示す宿主植物との共生相互作用における役割を解明することを目的としている。
３型分泌機構の機能に関しては、昨年度の成果にてRj2ダイズに対する共生不和合性を誘導する3型分泌エフェクターの候補遺伝子BD122_09010を取得していた。H28年度では、詳細な遺伝子学的解析と分泌タンパク質を対象にしたウエスタンブロッティング解析により、当該遺伝子産物が原因エフェクターであることを確認した。また当該エフェクタータンパク質のアミノ酸数残基の違いにより、Rj2ダイズに対する共生能が決定していることを明らかにしたことから、今年度の目標を達成することができた。また、このエフェクターを介した共生不和合性は栽培ダイズに止まらず、ある種のVigna属植物との共生関係においても認められることを発見し、マメ科植物と根粒菌の共生関係において一般的な機構であることを示唆するという、年度目標以上の新規の知見が得られた。
ダイズ根粒菌新規６型分泌機構に関しては、ダイズ品種エンレイへの根粒形成に対する影響は認められなかった。一方でこれまでに蓄積されてきたゲノム情報を利用した解析により、当該遺伝子群がほぼすべてのダイズ根粒菌ゲノムにおいて共生アイランド領域ではなく、ゲノムコア領域に保存されていることがわかった。これらの結果からダイズ根粒菌の6型分泌系は、根粒形成や窒素固定よりも、むしろ土壌中における競合や生存において有利に働いている可能性が考えられた。目標としていた6型タンパク質分泌機能の有無については、未検討であり研究が遅れているが、上記のような新たな知見を得ることができたため、全体的には概ね順調に研究は進行していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) 根粒菌3型分泌タンパク質が及ぼす共生不和合性の分子機構
今回USDA122株より同定したRj2ダイズとの共生不和合性を誘導するエフェクターは、その4つのアミノ酸残基の違いにより表現型が決定されることを明らかにした。今後は、USDA122ゲノム内の当該遺伝子の点変異株を作製し、原因となるアミノ酸残基の特定を行う。また当該エフェクターと相互作用する宿主側のタンパク質をプルダウン法により探索する。
(2) ダイズ根粒菌新規6型分泌機構の共生相互作用における働き
ダイズ根粒菌の6型分泌機能の有無を検出するため、野生株及び遺伝子破壊株の培養液上清中に含まれるタンパク質画分を抽出し、抗Hcp抗体によるウエスタンブロッティング解析を行う。また過去の文献よりBradyrhizobiumの6型分泌系遺伝子が根粒発達段階において発現上昇することが示唆されていることから、根粒の発達段階においてポジティブな機能を果たしている可能性が考えられる。今後は根粒内部の観察や着生した根粒の窒素固定活性、及び遺伝子発現機構について詳細に検討する。また、細菌間での相互作用への機能を検討するため、土壌中およびダイズ根圏における競合能および生残性について検討を行う。
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| Causes of Carryover |
予定していた論文投稿が間に合わず、計上していた英文校閲料と論文投稿料が抑えられたため次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度使用額は、英文校閲料と論文投稿料として使用する予定である。
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