セルフクローニング技術を用いた根粒菌共生遺伝子利用のための基盤的研究

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25450085
• Research Institution: Kagawa University
• Principal Investigator: 田島 茂行 香川大学, 農学部, 教授 (50116894)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: マメ科 / 根粒菌 / 共生窒素固定 / ミヤコグサ / セルフクローニング / 代謝 / 老化

Outline of Annual Research Achievements

我々は、根粒菌遺伝子欠損が根粒形成、初期根粒活性に影響しないにもかかわらず、根粒老化を強く誘導する遺伝子群があることを明らかにした。特にGS1は生物において炭素代謝・窒素代謝を統合する酵素分子として知られているが、根粒菌内でも根粒活性維持の鍵分子であることが示唆された。根粒菌GS1が何故老化を引き起こすのか、不明であるが我々はGS1遺伝子欠損が根粒内活性酸素濃度を増大させる結果を得ている。共生現象は共生成立機構と主に、その維持機構が今後の研究課題となっており、根粒は着生しても窒素固定を行わないFixマイナス変異体があるように、根粒活性維持は根粒着生と独立の機構を持つ。また着生後窒素固定活性はタンパクあたりでは短時間で減少を始める。植物体が持つ免疫機能、抵抗線反応誘導機能を押さえ、根粒菌が植物体の中で比較的安定的に存在している機構はきわめて興味深く、農業上も重要な現象である。本研究では、根粒老化を誘導する根粒菌GS1遺伝子欠損の影響を根粒菌・植物体マイクロアレー、メタボローム解析を用いて行うが、植物体が根粒を必要としなくなった時点で、どのような分子機構で共生をキャンセルするのか、を根粒菌側から解析する事は独創的な視点である。
本研究の特色の二つ目はセルフクローニング技術を根粒菌に適用し、環境放出に備えた技術開発を行うことである。マメ科のモデル生物であるミヤコグサと根粒共生を営むミヤコグサ根粒菌においては、人為的に制御可能なプロモーターや温度感受性のプラスミドベクターは使えず、ゲノムを自由に操作する条件が整っているとは言い難い状態であったが、ミヤコグサ根粒菌のMAFF303099株に適用可能な２種のツールを確立した。

Research Products

• [Journal Article] Peribacteroid solution of soybean root nodules partly induces genomic loci for differentiation into bacteroids of free-living Bradyrhizobium japonicum cells (2015)
  • Author(s): Ohtsu, N, Ichida, S, Yamaya, H, Ohwada, T, Itakura, M, Hara, Y, Mitsui, H, Kaneko, T, Tejima, K, Tabata, S, Saeki, K, Omori, H, Hayashi, M, Maekawa, T, Murooka, Y, Tajima, S, Simomura, K, Agarie-Nomura, M, Uchiumi, T, Suzuki, A, Shimoda, Y, Abe, M, Minamisawa, K, Arima, Y, Yokoyama, T.
  • Journal Title: Soil Science and Plant Nutrition Volume: 61 Pages: 461-470
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research