Induction of nitrogen-fixing root nodules in rice
| Project/Area Number |
19K22303
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 39:Agricultural and environmental biology and related fields
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
岡崎 伸 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (40379285)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
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| Keywords | 根粒 / イネ / 窒素固定 / 根粒菌 / エフェクター |
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| Outline of Research at the Start |
根粒菌はマメ科植物に根粒を形成し、窒素固定することで宿主植物に窒素栄養を供給することができる。窒素肥料の大幅な使用削減を実現するための手段として、イネ科植物に窒素固定根粒を形成させる研究が世界中で進行中であるが、未だ成功には至っていない。申請者らは一部の根粒菌がエフェクタータンパク質をマメ科植物細胞に注入し、根粒形成シグナルを直接起動することを発見した。本研究では、宿主の根粒形成シグナルを直接起動する根粒菌を利用して、世界で初めてイネ科植物に窒素固定根粒を形成させることを目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、宿主の根粒形成シグナルを起動する根粒菌とマメ科植物由来フラボノイドを利用してイネ科植物に窒素固定根粒を形成させることを目的としている。今年度の研究実績は以下のとおりである。
1. 根粒形成シグナルを起動する根粒菌エフェクターの発現解析・・・イネ科植物根圏で根粒菌エフェクターを発現させるため、エフェクター遺伝子の発現を誘導するゲニステインをイネ幼植物体（品種：日本晴れ）の根圏に(1 uM)の添加した状態で根粒菌の接種を行った。その結果、エフェクター遺伝子の発現は、ゲニステイン非添加条件下の20倍程度上昇した。また、GUS遺伝子で標識した根粒菌株を同条件で接種した結果、イネ根に強く定着していることが観察された。以上の結果から、根粒菌エフェクター遺伝子のイネ根圏での発現誘導と、根粒菌のイネ根への定着に成功した。
2. 2,4-D添加によるイネへの根粒様組織の誘導・・・前年度に引き続き、過去の論文（Hiltenbrand et al. 2016）を参考に 2,4-D添加によるイネへの根粒様組織の誘導を試みた。イネ品種は日本晴および世界のイネコアコレクションの数品種を用いた。50mlコニカルチューブにバーミキュライトとMS培地を充填し、表面殺菌したイネ科植物種子を播種した。これに論文に記載の50 uMの2,4-Dを添加して栽培を続けたが、栽培開始後30日経過しても根粒様組織は認められなかった（論文では14日で根粒様組織が観察されている）。また、2,4-Dの濃度を500uMまで増加させた場合でも同様に根粒様組織の形成はみられなかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
2,4-D添加によるイネへの根粒様組織の誘導ができておらず、したがってイネ根に形成される組織への根粒菌感染と窒素固定への展開へ進めていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は下記のように研究を進める計画である。
1. 2,4-D添加によるイネへの根粒様組織の誘導・・・これまでの結果では過去の論文の条件を参考に2,4-D添加による根粒様組織の誘導を試みたが、これまでに根粒様組織は観察されていない。今後は、2,4-D以外のオーキシン類縁体について検討する。
2. 上記で根粒様組織が形成された条件において、根粒菌とダイズゲニステインの同時接種を行い、根粒菌の感染と窒素固定が起こるか検討する。根粒菌感染はgusA遺伝子またはGFPなどで標識した根粒菌の接種により観察する。窒素固定についてはアセチレン還元活性により測定する。
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Report
(2 results)
Research Products
(5 results)
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[Journal Article] The rhizobial type III effector ErnA confers the ability to form nodules in legumes2019
Author(s)
Teulet Albin、Busset Nicolas、Fardoux Joel、Gully Djamel、Chaintreuil Clemence、Cartieaux Fabienne、Jauneau Alain、Comorge Virginie、Okazaki Shin、Kaneko Takakazu、Gressent Frederic、Nouwen Nico、Arrighi Jean-Francois、Koebnik Ralf、Mergaert Peter、Deslandes Laurent、Giraud Eric
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Journal Title
Proceedings of the National Academy of Sciences
Volume: 116
Pages: 21758-21768
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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