The study of ammonium assimilation in Arabidopsis ecotypes

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26450073
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 小島 創一 東北大学, 農学研究科, 助教 (30462683)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: シロイヌナズナ / アンモニウム / グルタミン / グルタミン酸 / 窒素栄養 / 窒素代謝

Outline of Annual Research Achievements

本研究予算によって査読付き原著論文五報を報告することができました。これらの研究成果は、植物がアンモニウムを利用する代謝酵素についての理解を深める研究であり、植物がアンモニウム環境に適応する機構を理解する上で必要な知識となります。アンモニウムの代謝に関わる遺伝子としてNADH依存性グルタミン酸合成酵素に着目しました。NADH依存性グルタミン酸合成酵素を遺伝的に欠損するシロイヌナズナはアンモニウム環境で生育が貧弱となったことから、NADH依存性グルタミン酸合成酵素がアンモニウムの同化戦略で重要な役割を担うことがわかりました。次に根で高く発現するグルタミン合成酵素に着目しました。グルタミン合成酵素には複数遺伝子の存在が報告されています。本研究では、グルタミン合成酵素1;2とグルタミン合成酵素1;3に着目して、これらの酵素群を遺伝的に欠損するシロイヌナズナのアンモニウム栄養に対する応答性を評価しました。グルタミン合成酵素1;2の欠損はアンモニウム同化を大幅に減少させましたが、グルタミン合成酵素1;3の欠損の効果はグルタミン合成酵素1;2が欠損しない限りは顕在化しませんでした。つまりグルタミン合成酵素1;3のアンモニウム同化に対する貢献は限定的であることがわかりました。これらのシロイヌナズナの根におけるアンモニウム代謝酵素の働きによって、植物はアンモニウムを同化することが明らかとなり、アンモニウムという無機栄養がグルタミン・グルタミン酸へ変換される有機化合物へ変換される機構が明確になりました。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ミシガン州立大学(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: ミシガン州立大学
• [Int'l Joint Research] IPK(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: IPK
• [Journal Article] Transcriptional repressor IAA17 is involved in nitrogen use by modulating cytosolic glutamine synthetase GLN1;2 in Arabidopsis roots. (2017)
  • Author(s): Saito, M., Konishi, N., Kanno,K., Yamaya, T., and Kojima,S.
  • Journal Title: Soil Science and Plant Nutrition Volume: 63 Pages: 163-170
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Lack of cytosolic glutamine synthetase1;2 activity reduces nitrogen-dependent biosynthesis of cytokinin required for axillary bud outgrowth in rice seedlings. (2017)
  • Author(s): Ohashi, M., Ishiyama, K., Kojima, S., Kojima, M., Sakakibara, H., Yamaya, T., Hayakawa, T.
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 58 Pages: 679-690
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A temporal and spatial contribution of asparaginase to asparagine catabolism during development of rice grains. (2017)
  • Author(s): Yabuki, Y., Ohashi, M., Imagawa, F., Ishiyama, K., Beier, M. P., Konishi, N., Umetsu-Ohashi, T., Hayakawa, T., Yamaya, T. and Kojima, S.
  • Journal Title: Rice Volume: 10:3 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1186/s12284-017-0143-8
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Contributions of two cytosolic glutamine synthetase isozymes to ammonium assimilation in Arabidopsis roots (2017)
  • Author(s): Konishi, N., Ishiyama, K., Beier, M, P., Inoue, E., Kanno, K., Yamaya, T., Takahashi, H. and Kojima, S.
  • Journal Title: Journal of Experimental Botany Volume: 68(3) Pages: 613-625
  • DOI: 10.1093/jxb/erw454
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] シロイヌナズナの根におけるアンモニウムの初期同化 (2016)
  • Author(s): 小西範幸、石山敬貴、菅野圭一、早川俊彦、山谷知行、小島創一
  • Organizer: 第45回根研究集会
  • Place of Presentation: 岡山大学資源植物科学研究所（岡山県倉敷市）
  • Year and Date: 2016-09-30 – 2016-10-01
• [Presentation] シロイヌナズナ根のサイトゾル型グルタミン合成酵素アイソザイムの機能解析 (2016)
  • Author(s): 小西範幸、石山敬貴、菅野圭一、小島創一
  • Organizer: 第2回植物の栄養研究会
  • Place of Presentation: 名古屋大学坂田・平田ホール（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2016-09-02 – 2016-09-03
• [Book] テイツ・ザイガー植物生理学 (2017)
  • Author(s): （編集）西谷和彦、島崎研一郎（翻訳分担）小島創一
  • Total Pages: 832(351-375)
  • Publisher: 講談社サイエンティフィック
• [Remarks] 植物細胞生化学分野
  • URL: http://www.agri.tohoku.ac.jp/cellbio/index-j.htm