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複合的な不均一環境における根粒共生を介した窒素栄養獲得の統御機構

Planned Research

Project AreaMulti-layered regulatory system of plant resilience under fluctuating environment
Project/Area Number 20H05908
Research Category

Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Transformative Research Areas, Section (III)
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

壽崎 拓哉  筑波大学, 生命環境系, 准教授 (40575825)

Project Period (FY) 2020-11-19 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥48,230,000 (Direct Cost: ¥37,100,000、Indirect Cost: ¥11,130,000)
Fiscal Year 2022: ¥11,050,000 (Direct Cost: ¥8,500,000、Indirect Cost: ¥2,550,000)
Fiscal Year 2021: ¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Keywords根粒形成 / 植物微生物共生 / 環境応答 / 長距離シグナル伝達 / 根粒共生 / 不均一環境 / 窒素応答 / 長距離移行シグナル / 器官間コミュニケーション / 転写因子 / ミヤコグサ / 長距離シグナリング
Outline of Research at the Start

マメ科植物は様々な環境要素の変化に柔軟に応答して窒素栄養獲得器官である根粒の形成を調節する。これまでに研究代表者は窒素栄養が十分な環境では植物は根-地上部-根を介した器官間コミュニケーションにより根粒形成を抑制することを明らかにしてきた。その一方で、本制御系の詳細を理解するために必須な因子の多くは未同定であり、より自然に近い不均一環境下での窒素応答制御システムの理解も不十分である。本研究では、不均一窒素栄養環境条件における上述の器官間コミュニケーションの分子基盤解明と複合的な環境要素の変化が根粒形成の制御へと統合される機構の解明に取り組むことで、植物の環境適応機構の深い理解を得ることを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

これまでの研究により、ミヤコグサにおける器官間コミュニケーションを介した根粒形成の制御に関わるペプチドを同定している。今年度はそのペプチドとそのホモログの機能解析を行った。まず、一重変異体と二重変異体を用いて、根粒菌感染や硝酸に応答したトランスクリプトーム解析を行い、これらのペプチドの下流で発現変動する遺伝子を網羅的に同定した。また、地上部と地下部のそれぞれにおいて、根粒菌感染や外的・内的な窒素栄養量の変化に応じたこれらペプチド遺伝子の発現パターンを調べた。さらに、植物種で共通したこのペプチドファミリーの機能を明らかにするために、シロイヌナズナのホモログに関する種々の解析を行った。
ミヤコグサでは2つのNIN-LIKE PROTEIN (NLP) 転写因子(LjNLP4、LjNLP1)が硝酸に応答した遺伝子発現制御のマスターレギュレーターとして機能する。今年度は硝酸トランスポーターの1つであるLjNRT2.1が、硝酸の量に応じた根粒共生の抑制制御を仲介する機能をもつことを明らかにした。高濃度の硝酸存在下では、LjNLP1によってLjNRT2.1の発現が直接誘導されることがわかった。また、LjNRT2.1を介した細胞内への硝酸の流入によりLjNLP4が核へ移動し、根粒形成の正負の制御に関わる遺伝子の発現制御が起こる可能性が示唆された。さらに、根粒形成時に特異的にはたらくLjNINによってLjNRT2.1の発現抑制を介して外部硝酸の取り込み量が調節される可能性も示された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

解析対象のペプチド因子、転写因子、硝酸トランスポーターの研究が進み、転写因子と硝酸トランスポーターについては研究成果を論文発表することができたため。

Strategy for Future Research Activity

ペプチド因子による器官間コミュニケーションを介した植物の不均一環境に対する適応機構を明らかにするための種々の解析を推進する。

Report

(1 results)
  • 2020 Annual Research Report

Research Products

(7 results)

All 2022 2021

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Nitrate transport via NRT2.1 mediates NIN-LIKE PROTEIN-dependent suppression of root nodulation in Lotus japonicus2022

    • Author(s)
      Misawa Fumika、Ito Momoyo、Nosaki Shohei、Nishida Hanna、Watanabe Masahiro、Suzuki Takamasa、Miura Kenji、Kawaguchi Masayoshi、Suzaki Takuya
    • Journal Title

      The Plant Cell

      Volume: 34 Pages: 1844-1862

    • DOI

      10.1093/plcell/koac046

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Different DNA-binding specificities of NLP and NIN transcription factors underlie nitrate-induced control of root nodulation2021

    • Author(s)
      Nishida Hanna、Nosaki Shohei、Suzuki Takamasa、Ito Momoyo、Miyakawa Takuya、Nomoto Mika、Tada Yasuomi、Miura Kenji、Tanokura Masaru、Kawaguchi Masayoshi、Suzaki Takuya
    • Journal Title

      The Plant Cell

      Volume: online published Pages: 2340-2359

    • DOI

      10.1093/plcell/koab103

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Editorial: Nutrient Dependent Signaling Pathways Controlling the Symbiotic Nitrogen Fixation Process2021

    • Author(s)
      Suzaki Takuya、Valkov Vladimir Totev、Chiurazzi Maurizio
    • Journal Title

      Frontiers in Plant Science

      Volume: 12 Pages: 744450-744450

    • DOI

      10.3389/fpls.2021.744450

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 硝酸による根粒共生抑制と炭素利用の関与2021

    • Author(s)
      渡部 将弘; 西田 帆那; 伊藤 百代; 壽崎 拓哉
    • Organizer
      第62回日本植物生理学会年会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 硝酸存在下における遺伝子発現の正負の制御を介した根粒形成抑制2021

    • Author(s)
      野崎翔平; 西田 帆那; 三澤 文香; 伊藤 百代; 鈴木 孝征; 宮川 拓也; 川口 正代司; 田之倉 優; 三浦 謙治; 壽崎 拓哉
    • Organizer
      日本植物学会第85回大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Molecular basis of nitrate-induced control of symbiotic gene expression during nodulation2021

    • Author(s)
      Suzaki Takuya
    • Organizer
      The 14th European Nitrogen Fixation Conference
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] マメ科植物の窒素栄養環境適応機構2021

    • Author(s)
      壽崎 拓哉
    • Organizer
      第44回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited

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Published: 2020-11-24   Modified: 2022-12-28  

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