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

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22248005
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 山谷 知行 東北大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (30144778)
• Project Period (FY): 2010-04-01 – 2014-03-31
• Keywords: イネ / 窒素利用 / グルタミン代謝 / 逆遺伝学 / メタボローム

Research Abstract

本研究では、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すべ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。それぞれの分子種が持つ機能を、遺伝子破壊変異体を用いて機能解析を進め、イネの窒素同化と窒素利用代謝に関わる分子機構の完全解明を目指した。
本年度は、GS1;2の根における機能を、逆遺伝学的に解明し、これまでの成果から、根におけるアンモニウムの初期同化にはGS1;2とNADH-GOGAT1が、また老化葉身からの窒素転流にはGS1;1とNADH-GOGAT2がそれぞれ共役し、機能していることが判明した。これらの成果をまとめ、国際学術誌に報告した。また、これらの成果を、国際会議で招待講演を行った。最後に残されたGS1;3の機能解析を進める。また、分げつ発達におけるGS1;2の新たな機能が判明しつつあり、分げつに関わりの深いストリゴラクトンの内生量をGS1;2遺伝子破壊変異体を用いて測定を進めている。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Evidences supporting distinct functions of three cytosolic glutamine synthetases and two NADH-glutamate synthases in rice (2014)
  • Author(s): Yamaya, T. and Kusano M.
  • Journal Title: Journal of Experimental Botany Volume: (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] NADH-dependent glutamate synthase plays a crucial role in assimilating ammonium in Arabidopsis root (2014)
  • Author(s): Konishi, N., Ishiyama, K., Matsuoka, K., Maru, I., Hayakawa, T., Yamaya, T. and Kojima, S.
  • Journal Title: Physiologia Plantarum Volume: (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cytosolic glutamine synthetase1;2 is responsible for the primary assimilation of ammonium in rice roots (2013)
  • Author(s): Funayama, K.$, Kojima, S.$, Tabuchi-Kobayashi, M., Sawa, Y., Nakayama, Y., Hayakawa, T. and Yamaya, T.
  • Journal Title: Plant Cell Physiology Volume: 54 Pages: 934-943
  • DOI: 10.1093/pcp/pct046
  • Peer Reviewed
• [Presentation] イネ維管束ネットワーク上のショ糖転流と顆粒成長モデル (2014)
  • Author(s): 佐竹暁子，関元秀，Francois Feugier，池田真由子，北野英己，Xian-Jun Song，芦苅基行，中村巴瑠花，石山敬貴，山谷知行
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会シンポジウム
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 20140318-20140320
  • Invited
• [Presentation] イネ根におけるアンモニウム態窒素吸収の負の制御の新理解 (2014)
  • Author(s): 早川俊彦、山谷知行
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会シンポジウム
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 20140318-20140320
  • Invited
• [Presentation] Strigolactone-independent reduction of tiller number in rice mutant lacking cytosolic glutamine synthetase1;2 or NADH-glutamate synthase1 (2014)
  • Author(s): Miwa Ohashi1，Keiki Ishiyama，Atsushi Hanada，Soichi Kojima，Toshihiko Hayakawa，Yoshiya Seto，Shinjiro Yamaguchi，Tomoyuki Yamaya
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 20140318-20140320
• [Presentation] Distinct function of GS1 and NADH-GOGAT isoenzymes in rice (2013)
  • Author(s): Yamaya, T.
  • Organizer: Second International Symposium on the Nitrogen Nutrition of Plants
  • Place of Presentation: Puerto Varas, Chile
  • Year and Date: 20131118-22
  • Invited
• [Presentation] The study of two cytosolic glutamine synthetase isoforms of rice using reverse genetic, metabolite and transcript profiling approaches and microscopic analysis (2013)
  • Author(s): Kusano, M., Fukushima, A., Funayama, K., Tabuchi-Kobayashi, M., Nishizawa, T., Kobayashi, M., Waakazaki, M., Sato, M., Toyooka, K., Osanai-Kondo, K., Utsumi, Y., Seki, M., Kojima, S., Yamaya, T., Saito, K.
  • Organizer: Second International Symposium on the Nitrogen Nutrition of Plants
  • Place of Presentation: Puerto Varas, Chile
  • Year and Date: 20131118-22
  • Invited
• [Remarks] 植物細胞生物学分野
  • URL: http://www.agri.tohoku.ac.jp/cellbio/index-j.htm