超近縁菌比較ゲノムによるブラディリゾビウム属細菌の植物共生システムの解明

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23658057
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 南澤 究 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (70167667)
• Keywords: 共生 / 根粒菌 / エンドファイト / 比較ゲノム / Bradyrhizobium

Research Abstract

本年度は、Bradyrhizobium属細菌Cluster Iの超近縁菌ゲノム比較で成果があった。Rj2ダイズに共生不和合性を起こすUSDA122株と不和合性を起こさないUSDA110株の超近縁菌のゲノム比較データと、フラボノイド存在下におけるT3SS依存性の分泌タンパク質の解析を行った。その結果、共生不和合性を起こすUSDA122株に特有な分泌タンパク質をコードしている遺伝子122_1969を見いだした。122_1969遺伝子はフラボノイドで誘導されるtts boxを保有しており、約10 kbの稼働性領域としてUSDA110株ゲノムの対応領域にターゲット重複を起こして挿入されていた。USDA122株の122_1969遺伝子破壊株を作成しRj2ダイズに接種したが、共生不和合性はキャンセルされなかった。この結果より、少なくとも122_1969遺伝子のみが共生不和合性を起こしていないと考えられた。しかし、rj2ダイズに接種したところ、根粒形成は野生株と同様であったが、共生窒素固定能が有意に半分となった。この結果は、USDA122株の122_1969遺伝子が共生窒素固定能を上昇させるエフェクターであることを示唆していた。既報の根粒数や感染の制御ではなく、共生窒素固定能を上昇させるエフェクター遺伝子として初めての発見となった。
昨年度までの成果として、Cluster IIIでの超近縁菌ゲノム比較により、土壌低栄養細菌がNod factor非依存型の植物共生システムを持つこと、Cluster Iに関しては共生アイランドを獲得前の祖先型ゲノムの特徴を明らかにした。期間全体としてCluster IとIIIの細菌超近縁菌ゲノム比較により、新規の植物共生システムの存在が明らかになり、今後の農業への応用のベースができた。

Research Products

• [Journal Article] A rice gene for microbial symbiosis, Oryza sativa CCaMK, reduces CH4 flux in a paddy field with low nitrogen input (2014)
  • Author(s): Bao Z, Watanabe A, Sasaki K, Okubo T, Tokida T, Liu D, Ikeda S, Imaizumi-Anraku H, Asakawa S, Sato T, Mitsui H, and Minamisawa K
  • Journal Title: Appl. Environ. Microbiol. Volume: 80(6) Pages: 1995-2003
  • DOI: 10.1128/AEM.03646-13
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Low nitrogen fertilization adapts rice root microbiome to low nutrient environment by changing biogeochemical functions (2014)
  • Author(s): Ikeda, S., K. Sasaki, T. Okubo, A. Yamashita, K. Terasawa, Z. Bao, D. Liu, T. Watanabe, J. Murase, S. Asakawa, S. Eda, H. Mitsui, T. Sato, and K. Minamisawa
  • Journal Title: Microbes Environ. Volume: 29(1) Pages: 50-59
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME13110
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Genome anlaysis suggests that the soil oligotrophic bacterium Agromonas oligotrophica (Bradyrhizobium oligotrophicum) is a nitrogen-fixing symbiont of Aeschynomene indica (2013)
  • Author(s): Okubo, T., S. Fukushima, M. Itakura, K. Oshima, A. Longtonglang, N. Teaumroong, H. Mitsui, M. Hattori, R. Hattori, T. Hattori, and K. Minamisawa.
  • Journal Title: Appl. Environ. Microbiol. Volume: 79(8) Pages: 2542-2551
  • DOI: 10.1128/AEM.00009-13.
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 共生アイランド獲得は根粒菌ゲノムの品質低下の危険を招く (2014)
  • Author(s): 飯田隆之、板倉学、伊沢剛、鮫島玲子、大久保卓、三井久幸、柿崎芳里、南澤究
  • Organizer: 第8回日本ゲノム微生物学会年会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 20140307-20140309
• [Presentation] Genome analysis suggests that the soil oligotrophic bacterium Agromonas oligotrophica (Bradyrhizobium oligotrophicum) is a nitrogen-fixing symbiont of Aeschynomene indica (2013)
  • Author(s): Takashi Okubo, Shohei Fukushima, Manabu Itakura, Kenshiro Oshima, Aphakorn Longtonglang, Neung Teaumroong, Hisayuki Mitsui, Masahira Hattori, Reiko Hattori, Tsutomu Hattori, Kiwamu Minamisawa
  • Organizer: 18th International Congress on Nitrogen Fixation
  • Place of Presentation: Miyazaki, Japan
  • Year and Date: 20131014-20131018
• [Presentation] Analysis of symbiotic phenotypes of an effector gene unique to Bradyrhizobium japonicum USDA122 (2013)
  • Author(s): Yuta Suzuki, Cristina Sa^^'nchez, Kaori Kakizaki-Chiba, Takakazu Kaneko, Shusei Sato, Takahiro Tsukui, Kiwamu Minamisawa
  • Organizer: 18th International Congress on Nitrogen Fixation
  • Place of Presentation: Miyazaki, Japan
  • Year and Date: 20131014-18
• [Presentation] ダイズ根粒菌のゲノムバリエーション：マッピングによる挿入配列コピー数の推定 (2013)
  • Author(s): 飯田 隆之、柿崎 芳里、板倉 学、 南澤 究
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2013年度名古屋大会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 20130911-20130913
• [Presentation] Soybean symbiosis with Bradyrhizobium japonicum: Evolution and global warming (2013)
  • Author(s): Kiwamu Minamisawa
  • Organizer: The 22th North American Conference on Symbiotic Nitrogen Fixation 北米窒素固定会議
  • Place of Presentation: Minneapolis, USA
  • Year and Date: 20130714-20130717
  • Invited