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Application of plant hemoglobin for delayed nodule senescence and acquired environmental stress tolerance.

Research Project

Project/Area Number 18J11872
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Plant nutrition/Soil science
Research InstitutionKagoshima University
Research Fellow 福留 光挙  鹿児島大学, 理工学研究科, 特別研究員(PD)
Project Period (FY) 2018-04-25 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywordsミヤコグサ / 根粒菌 / 一酸化窒素 / 植物ヘモグロビン / 窒素固定 / 根粒老化 / 環境ストレス / ストレス耐性
Outline of Annual Research Achievements

本研究は、ミヤコグサのクラス1植物ヘモグロビン(LjGlb1-1)の一酸化窒素(NO)除去能に着目し、「老化や環境ストレスに起因するNOの制御とLjGlb1-1の関係」を検討し、「根粒の機能改善へのLjGlb1-1の応用」を試みることを目的とした。目的達成のため、本年度までに取り組んだ実施状況は次のとおりである。
1.老化に起因するNOの制御と根粒の機能改善: LjGlb1-1の高発現系統と低発現系統、野生型系統の根粒の老化進行度を評価し、LjGlb1-1の高発現が根粒老化の遅延に寄与するか検討した。高発現系統では、老齢根粒でも窒素固定活性が高く、根粒内部のNOレベルが低く、老化関連遺伝子の発現を低く保っていた。これらの結果から、LjGlb1-1高発現によるNO制御の強化が、根粒老化の遅延に寄与すると結論付けた。
2.環境ストレスに起因するNOの制御と根粒の機能改善: 冠水、乾燥、低温で処理したミヤコグサについて、窒素固定活性、NO産生、感染細胞の形態等を指標とし、共生系の環境ストレスに対する耐性を評価した。いずれの処理も野生型系統の窒素固定活性を低下させたが、高発現系統は高く維持した。冠水処理時、高発現系統は根粒のNO量が低く維持され、感染細胞の崩壊が抑制された。乾燥処理時の根粒の老化関連遺伝子の発現パターンは、冠水処理時と大きく異なっており、ストレスごとに共生系に及ぼす影響や、LjGlb1-1高発現によるストレス緩和の作用機序が異なる可能性が示唆された。
3.LjGlb1-1の高発現による収量増加の試み: LjGlb1-1高発現系統を4ヵ月間栽培し、開花・結実の時期や数を野生型と比較した。高発現系統は野生型と比べ早く開花・結実し、数も多く、また、植物体の生重量も重かった。この結果から、LjGlb1-1の高発現は、植物の生長促進と収量増加に寄与すると考えられた。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(14 results)

All 2020 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 3 results)

  • [Int'l Joint Research] ESTACION EXPERIMENTAL DE AULA DEI(スペイン)

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Journal Article] Reactive Sulfur Species Interact with Other Signal Molecules in Root Nodule Symbiosis in Lotus japonicus2020

    • Author(s)
      Mitsutaka Fukudome, Hazuki Shimada, Nahoko Uchi, Ken-ichi Osuki, Haruka Ishizaki, Ei-ichi Murakami, Masayoshi Kawaguchi, Toshiki Uchiumi
    • Journal Title

      Antioxidants

      Volume: 9

    • DOI

      10.3390/antiox9020145

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Ectopic or Over-Expression of Class 1 Phytoglobin Genes Confers Flooding Tolerance to the Root Nodules of Lotus japonicus by Scavenging Nitric Oxide2019

    • Author(s)
      Mitsutaka Fukudome, Eri Watanabe, Ken-ichi Osuki, Nahoko Uchi, Toshiki Uchiumi
    • Journal Title

      Antioxidants

      Volume: 8

    • DOI

      10.3390/antiox8070206

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Stably Transformed Lotus japonicus Plants Overexpressing Phytoglobin LjGlb1-1 Show Decreased Nitric Oxide Levels in Roots and Nodules as Well as Delayed Nodule Senescence2019

    • Author(s)
      Fukudome Mitsutaka, Watanabe Eri, Osuki Ken-Ichi, Imaizumi Ryujiro, Aoki Toshio, Becana Manuel, Uchiumi Toshiki
    • Journal Title

      Plant and Cell Physiology

      Volume: 60 Pages: 816-825

    • DOI

      10.1093/pcp/pcy245

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 根粒共生系における活性イオウ分子種とシグナル小分子2020

    • Author(s)
      福留光挙, 島田葉月, 内奈保子, 小薄健一, 内海俊樹
    • Organizer
      第61回日本植物生理学会年会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 根粒共生系で機能する新規分子の探索2019

    • Author(s)
      福留光挙
    • Organizer
      日本動物学会・日本生態学会・九州沖縄植物学会 合同鹿児島例会
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      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 根粒共生系で機能する一酸化窒素とその関連活性分子種2019

    • Author(s)
      福留光挙
    • Organizer
      日本動物学会・日本生態学会・九州沖縄植物学会 合同佐賀例会
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      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Overexpression of a class 1 phytoglobin improves symbiotic nitrogen fixation between Mesorhizobium loti and Lotus japonicus2019

    • Author(s)
      Mitsutaka Fukudome, Eri Watanabe, Ken-ichi Osuki, Nahoko Uchi, Manuel Becana, Toshiki Uchiumi
    • Organizer
      21st International Conference on Nitrogen Fixation
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 活性イオウ分子種のミヤコグサ根粒共生系への関与2019

    • Author(s)
      福留光挙,石﨑遼,内奈保子,下川友太,渡邉愛莉,内海俊樹
    • Organizer
      植物微生物研究会第29回研究交流会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] NO scavenging activities of plant hemoglobin contributes to waterlogging tolerance of root nodule symbiosis2019

    • Author(s)
      Mitsutaka Fukudome, Eri Watanabe, Nahoko Uchi, Ken-ichi Osuki, Ryujiro Imaizumi, Toshio Aoki, Toshiki Uchiumi
    • Organizer
      5th Asian Conference Plant-Microbe Symbiosis & Nitrogen Fixation
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] フラボヘモグロビン遺伝子を導入したミヤコグサ根粒菌の共生特性2019

    • Author(s)
      前迫優輔、福留光挙、内海俊樹
    • Organizer
      第60回日本植物生理学会年会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] NO scavenging activities of plant hemoglobin contributes to waterlogging tolerance of root nodule symbiosis2019

    • Author(s)
      Mitsutaka Fukudome, Eri Watanabe, Nahoko Uchi, Ken-ichi Osuki, Ryujiro Imaizumi, Toshio Aoki, Toshiki Uchiumi
    • Organizer
      5th Asian Conference on Plant-Microbe Symbiosis and Nitrogen Fixation
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 宿主と共生菌のヘモグロビンが根粒共生系に与える影響2018

    • Author(s)
      福留光挙、前迫優輔、渡邉愛莉、東沙也加、今泉隆次郎、青木俊夫、内海俊樹
    • Organizer
      植物微生物研究会第28回研究交流会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] ミヤコグサ根粒の老化における一酸化窒素の生理機能2018

    • Author(s)
      渡邉愛莉、福留光挙、内海俊樹
    • Organizer
      日本動物学会九州支部・九州沖縄植物学会・日本生態学会九州地区合同大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-05-01   Modified: 2021-01-27  

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