2016 Fiscal Year Research-status Report
Analysis of symbiosis promoters to utilize symbiotic nutrient supply
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15KT0122
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| Research Institution | National Institute for Basic Biology |
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Principal Investigator |
武田 直也 基礎生物学研究所, 共生システム研究部門, 助教 (60571081)
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| Project Period (FY) |
2015-07-10 – 2019-03-31
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| Keywords | 植物微生物相互作用 / アーバスキュラー菌根菌 / 根粒菌 / 共生 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現在、日本では食料自給率の改善が急務とされ、また世界的な植物バイオマスの利用価値への注目から農業生産性の向上が望まれている。現代農法では過剰な化成肥料・農薬の添加によりその生産性を維持しているが、持続的な農業の発展のためには化成肥料・農薬の使用量の低減が可能となる環境低負荷型の農業スタイルの確立が不可欠となる。植物と菌根菌・根粒菌との菌根共生・根粒共生はリンや窒素などの栄養を供給することで宿主植物の生育の大きな恩恵をもたらす。この共生の成立過程は宿主植物、共生菌の共生因子により制御されているが、外部の温度・湿度・栄養状態などの環境因子によっても大きく影響を受けるため、宿主への生育促進効果も不安定なものとなってしまう。本研究では共生菌の感染能と生育促進効果をもつ物質の探索と解析を行い、それらの物質を添加することによって共生能の向上と安定制御を行うことを目的とした。
共生促進効果をもつ物質は、トランスクリプトーム解析などの網羅的解析により、共生への干渉作用が期待される物質を探索し、実際に共生能を制御・向上させるかの検証を行っている。この候補として、現在、プロテアーゼ阻害タンパク質が根粒共生を促進する効果を持つことが期待できたことから、この詳細な解析を行っている。この解析で有効な結果が得られた場合は、プロテアーゼ阻害剤などの添加実験を行い、共生促進効果を検証する。そのほか植物、菌双方のメタボローム解析などによる代謝産物の網羅的解析なども取り入れ、さまざまな方法により共生促進物質の探索を開始した。
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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
昨年度に行った根粒菌・菌根菌と共生させたマメ科植物ミヤコグサでのトランスクリプトームデータの解析として、まず、非感染状態の過剰根粒共生変異体har1, tmlで発現が上昇する遺伝子に注目して解析を行った。har1, tmlでは、非常に初期の共生菌の感染状態の向上が見られ、非感染状態においても一部の共生遺伝子の発現上昇がみられる。そのため、これらの変異体は、共生菌の受容性が高い状態、感染前から共生菌を受け入れやすい状態を作り出していると考えられる。そのため、この変異体において非感染状態において受容性を高めている共生因子が、トランスクリプトーム解析によって同定できると期待できる。この解析ではいくつかの候補遺伝子をピックアップしたが、本課題は遺伝子改変ではなく物質添加による共生能を向上させることを目的とした研究であることから、候補遺伝子は合成系の遺伝子や物質によって遺伝子機能を代替できるものを候補とした。これらの候補遺伝子を毛状根形質転換（根のみを軽視す転換する一過的遺伝子導入法）により、過剰発現させた植物根を作成した。この形質転換根に根粒菌を接種したところ、protease inhibitor遺伝子の一種Serpinが、野生型植物と比較して有意な根粒数の上昇を示した。この遺伝子がコードするタンパク質は、セリンプロロテアーゼを特異的に阻害することから、タンパク質の添加でなく、一般のさまざまなプロテアーゼ阻害剤を用いて効果の検証を行うことで、共生促進剤として利用することが想定される。
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| Strategy for Future Research Activity |
一過的な形質転換では正確な表現型の評価は難しいことから、現在、植物体全体でSerpinを発現させた形質転換体を作成中である。この形質転換体でも毛状根形質体と同様の効果に根粒形成の向上効果が確認できれば、ミヤコグサなどのマメ科植物におけるセリンプロテアーゼ阻害剤による根粒形成について検証を行う。さらに、har1やtml変異体では菌根菌の感染も向上することが知られていることから、Serpin過剰発現体において菌根共生能の向上効果についても検証を行う。このほかにも、これまでに得られたトランスクリプトーム解析結果から共生への関与が推定される遺伝子と、その遺伝子機能に関連する物質などの探索を継続し、共生促進剤となりうる候補が見つかった際は、同様の方法で検証を進める。
また、共生促進物質を探索するうえで、共生に関与する物質の網羅的な解析も有効な手段として働くことが考えられる。そのため、共生菌や植物におけるメタボローム解析を植物科学最先端研究拠点ネットワーク（理化学研究所）の支援により行っている。この結果の解析を平成２９年度に行い、共生時に蓄積される代謝産物なども候補物質として、さまざまな角度から検証を行う予定である。
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| Causes of Carryover |
所属機関の異動のため、購入予定であった機器の購入を見送った。研究が予定より早く進み、研究支援員の雇用期間が当初の予定より短くできたので人件費を圧縮できた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
所属機関の異動に伴い、研究を遂行するにあたって不足する機器などが生じたため、それらの購入に充てる。
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