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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Elucidation of systemic control mechanism of nodule development via long-distant mobile signals

Research Project

Project/Area Number 20H03283
Research InstitutionNational Institute for Basic Biology

Principal Investigator

川口 正代司  基礎生物学研究所, 共生システム研究部門, 教授 (30260508)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords根粒形成 / 遠距離シグナル伝達 / HAR1 / microRNA / 葉制御 / TML / ミヤコグサ
Outline of Annual Research Achievements

根における根粒菌の感染や根圏の窒素濃度情報を、あえて「葉」に伝達する生物学的意義はわかっていない。HAR1受容体が高発現するステージの葉を特定し、RNA-seq解析により、光化学系IIの構成因子や気孔分化を誘導する因子、さらにはオルガネラ分裂に関わる因子等がHAR1依存的に発現変動することを見出した。そこで、野生型とhar1変異体における光合成特性をPAMにより調べたところ、har1変異体ではFv/Fm比が顕著に低下していた。このことは、HAR1が光阻害の抑制に関与している可能性を示唆している。一方、har1変異体における気孔数、気孔index、葉緑体数は、野生型と有意な差はなかった。
miR2111は根粒菌未接種あるいは窒素欠乏条件下のミヤコグサの葉で発現し、根で機能するF-boxタンパク質TMLのmRNAを切断することにより根粒形成能を増強する。miR2111の葉から根への遠距離移動を実証するため、miRNAのメチル化修飾に関与するHEN1遺伝子のin frame変異株、2系統を単離した。変異株の種子を採取し、表現型解析を行なった。調べた系統は、複葉や花器官の形態において興味深い表現型を示したが、十分な数の種子が得られず、個体サイズのバラツキが大きかったため、miR2111の修飾異常や根粒共生を調べるには至らなかった。
CoIP解析で見つかったTMLの3つの候補遺伝子の変異株をCRISPRで単離し、表現型解析を行なった。その結果、候補遺伝子の1つの変異により感染糸形成に異常が観察されたが、根粒形成には影響が見られなかった。TMLの基質を再検討した結果、ある植物ホルモンに関わる新たな候補因子が浮上した。そこでtmlの植物ホルモン応答を調べたところ、tmlの主根伸長は低濃度の植物ホルモンに高感受性であることがわかった。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (9 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Control of root nodule formation ensures sufficient shoot water availability in Lotus japonicus2024

    • Author(s)
      Kawade Kensuke、Sugiura Daisuke、Oikawa Akira、Kawaguchi Masayoshi
    • Journal Title

      Plant Physiology

      Volume: 194 Pages: -

    • DOI

      10.1093/plphys/kiae126

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The effects of ERN1 on gene expression during early rhizobial infection in Lotus japonicus2023

    • Author(s)
      Liu Meng、Kameoka Hiromu、Oda Akiko、Maeda Taro、Goto Takashi、Yano Koji、Soyano Takashi、Kawaguchi Masayoshi
    • Journal Title

      Frontiers in Plant Science

      Volume: 13 Pages: 995589

    • DOI

      10.3389/fpls.2022.995589

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Lotus japonicus HAR1 regulates root morphology locally and systemically under a moderate nitrate condition in the absence of rhizobia2022

    • Author(s)
      Hayashi-Tsugane Mika、Kawaguchi Masayoshi
    • Journal Title

      Planta

      Volume: 255 Pages: 95

    • DOI

      10.1007/s00425-022-03873-8

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Auxin methylation by IAMT1, duplicated in the legume lineage, promotes root nodule development in Lotus japonicus2022

    • Author(s)
      Goto Takashi、Soyano Takashi、Liu Meng、Mori Tomoko、Kawaguchi Masayoshi
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      Volume: 119 Pages: e2116549119

    • DOI

      10.1073/pnas.2116549119

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Auxin Methylation Recruited into Leguminous Nodule Symbiosis2024

    • Author(s)
      Takashi Goto
    • Organizer
      第6回APMNF会議
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 根粒菌感染におけるシス-トランス異性化酵素シクロフィリンの役割2024

    • Author(s)
      後藤崇支、川原田泰之、川口正代司
    • Organizer
      第65回日本植物生理学会年会
  • [Presentation] ミヤコグサPINK4遺伝子の機能と細胞内共生成立後の根粒菌共生制御2024

    • Author(s)
      嵐田遥、中川知己、橋本駿、番場大、Mustamin Yusdar、三井久幸、佐伯和彦、川口正代司、佐藤修正
    • Organizer
      第65回日本植物生理学会年会
  • [Presentation] 根粒の数を制御するHAR1受容体による非共生条件での窒素代謝の制御2024

    • Author(s)
      大熊直生、杉浦大輔、寺島一郎、川口正代司
    • Organizer
      第65回日本植物生理学会年会
  • [Presentation] ミヤコグサ根粒過剰着生株のシュートに見られるスクロース輸送体遺伝子の発現低下2023

    • Author(s)
      川出健介、杉浦大輔、及川彰、川口正代司
    • Organizer
      第65回日本植物生理学会年会

URL: 

Published: 2024-12-25  

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