2021 Fiscal Year Research-status Report
Analysis of chemical communication for symbiosis between plants and methylotrophic bacteria.
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20K05817
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| Research Institution | Okayama University of Science |
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Principal Investigator |
三井 亮司 岡山理科大学, 理学部, 教授 (60319936)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 植物共生微生物 / メチロトローフ / PQQ / ランタノイド / 化学コミュニケーション / メタノール脱水素酵素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物葉上における微生物との共生関係構築において、微生物由来の生産化合物が共生を媒介するコミュニケーションツールとして利用されていることに着目した。相利的な共生関係が化学物質を介して構築さる、いわゆる「化学コミュニケーション」において、微生物が植物葉上を認識してコミュニケーションを開始する機構を分子レベルで明らかにすることを目的としている。本研究課題で対象とする植物-微生物間の共生は生態系のほぼ全ての植物葉上で観察される普遍的相利共生系であると考えられるが、未解明の部分が多い。この共生関係では植物側から成長に伴って生成するメタノールが供給され、葉上細菌（メチロトローフ細菌）の炭素源として利用されている。微生物側からはオーキシンなどの植物成長を促す植物ホルモンの他、本研究で注目しした光合成に由来するの酸化ストレスを軽減するPQQを生産し菌体外へ放出することも明らかになっている。この共生関係の本質的な理解は、作物栽培の効率化などへの応用も期待できる。 これまでに化学コミュニケーションのメカニズムを明らかにするため、モデル菌株でもあるMethylorubrum extorquens AM1を用いて化学コミュニケーションのモデルを構築した。このモデルを利用して微生物が生産するPQQの活性酸素種消去能から植物の光合成により生成する活性酸素種(ROS)の消去、光合成効率の向上による植物生育促進活性が考えられる。またM. extorquens AM1はランタノイドの添加により明らかなPQQ分泌量の低下が認められ、またランタノイドが微生物が植物上の環境を認識するマーカーとなっていることもわかってきた。今回、PQQを葉上でのみ分泌する機構を明らかにするため細菌の環境認識と遺伝子発現を制御する二成分制御系について、遺伝子破壊による影響をトランスクリプトーム解析を利用して調べることを試みた。
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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
昨年度までに植物と微生物の「化学コミュニケーション」モデルをM. extorquens AM1で構築した。また、M. extorquens AM1においてメタノールデヒドロゲナーゼの発現量を可視化するレポーターアッセイ系を作製してランタノイドを利用した遺伝子発現制御が行われており、ランタノイドが植物体と共生する際の環境認識マーカーとして利用されていることが明らかになってきた。MxbDMと呼ばれる二成分制御系調節因子がランタノイドによる幾つかの遺伝子を制御している司令塔のひとつであるエビデンスを見いだした。また、それ以外にも複数の二成分制御系遺伝子が複雑に共生メカニズムに関与することが示唆されている。MxbDMは葉上型メタノールデヒドロゲナーゼであるMxaFIの発現を活性化することが明らかになっており、これに連動する形でPQQの菌体外分泌も制御されている可能性が示唆された。このことから、PQQ分泌をになうパーミアーゼがMxbDM支配下に存在するアイデアを着想し、今年度から最終年度に向けてMxbDMの遺伝子破壊株を用いて野生株と比較するためのトランスクリプトーム解析を行い、ディファレンシャル分析することで分子レベルの分泌制御機構を明らかにすることが期待できる。以上から、計画はおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在の進捗状況における報告をのとおりPQQ分泌をになうパーミアーゼの存在を予想している。このパーミアーゼの発現はMxbDM支配下に存在することが予想され、今年度から最終年度に向けてMxbDMの遺伝子破壊株を用いて野生株と比較するためのトランスクリプトーム解析を行い、ディファレンシャル分析する。これでスクリーニングされてきた遺伝子を同定して最終的なエビデンスを得るために遺伝子破壊株を作成する計画を立てている。
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| Causes of Carryover |
計画していた学会がオンライン開催になるなど特に旅費に大きな変更が生じた。
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Research Products
(6 results)
