2012 Fiscal Year Annual Research Report
イネの窒素同化と窒素利用機構におけるグルタミン代謝関連酵素機能の完全解明
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22248005
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
山谷 知行 東北大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (30144778)
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| Project Period (FY) |
2010-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | イネ / アンモニア同化 / 窒素利用機構 / グルタミン合成酵素 / グルタミン酸合成酵素 / 遺伝子破壊変異体 / メタボローム / 代謝 |
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| Research Abstract |
イネ根におけるアンモニウムイオンの初期同化機能や、イネの一生を通じて成育や生産性にとって重要な窒素リサイクル機能の分子機構と制御に関して、この窒素代謝反応に関わる全ての酵素の遺伝子破壊変異体を用いて解析を進め、窒素利用の分子機構の全貌を解明することを目的としている。アンモニウムイオンの初期同化やリサイクルには、サイトゾル型グルタミン合成酵素（GS1）とNADHグルタミン酸合成酵素（NADH-GOGAT）が関わるが、これらは小遺伝子族を形成しており、GS1;1、GS1;2、GS1;3とNADH-GOGAT1、NADH-GOGAT2のアイソザイムが存在する。本年度は、GS1;2とGS1;3の遺伝子破壊変異体に関して詳細に解析した。GS1;2遺伝子破壊変異体は、窒素欠乏のような表現型を示し、種々の検討から、根におけるアンモニウムイオンの初期同化で機能していることが証明できた。この成果は、Plant and Cell Physiology誌に公表した。現在、GS1;2変異体を用いてメタボローム解析を進めているが、GS1;1変異体とは大きく異なる結果があらわれつつある。また、種子特異的に局在するGS1;3遺伝子破壊変異体を獲得した。この変異体は、発芽が抑制される表現型を示し、貯蔵タンパク質の利用に関与することが示唆された。同時に、登熟期では葉身の老化が遅延し、また一穂当たりの粒数の減少が観察された。以上、イネにおけるGS/GOGATの5種類の中で、GS1;3以外の生理的な機能はほぼ証明された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
イネに存在している3種類のGSと2種類のNADH-GOGATアイソザイムに関して、GS1;3を除く4種類の機能をほぼ証明できた。いずれも国際的な学術雑誌にその成果を公表した。また、メタボローム解析に関しても、GS1;1変異体では非常に興味深い結果がえられ、国際学術雑誌にその成果を報告してきた。以上の成果から、当初計画以上に進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
イネに存在している3種類のGSと2種類のNADH-GOGATアイソザイムに関して、機能証明がまだできていないGS1;3の解析を、遺伝子破壊変遺体を用いて推進する。また、GS1;2変異体を用いて、メタボローム解析を進めるとともに、分げつ発達抑制の表現型がなぜ認められるのか、その原因をストリゴラクトンとの関連から解析を進める予定である。
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[Journal Article] Cytosolic glutamine synthetase1;2 is responsible for the primary assimilation of ammonium in rice roots2013
Author(s)
Funayama, K.$, Kojima, S.$, Tabuchi-Kobayashi, M., Sawa, Y., Nakayama, Y., Hayakawa, T. and Yamaya, T.
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Journal Title
Plant Cell Physiology
Volume: 54
Pages: 934-943
DOI
Peer Reviewed
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