窒素飢餓環境に対するイネの生存戦略

• 研究領域: 大地環境変動に対する植物の生存・成長突破力の分子的統合解析
• 研究課題/領域番号: 22119003
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 山谷 知行 東北大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (30144778)
• 研究分担者: 草野 都 筑波大学, 生命環境系, 教授 (60415148)
• 連携研究者: 早川 俊彦 東北大学, 大学院農学研究科, 准教授 (60261492) ; 小島 創一 東北大学, 大学院農学研究科, 助教 (30462683)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 74,490千円 (直接経費: 57,300千円、間接経費: 17,190千円); 2014年度: 13,390千円 (直接経費: 10,300千円、間接経費: 3,090千円); 2013年度: 14,170千円 (直接経費: 10,900千円、間接経費: 3,270千円); 2012年度: 14,950千円 (直接経費: 11,500千円、間接経費: 3,450千円); 2011年度: 14,820千円 (直接経費: 11,400千円、間接経費: 3,420千円); 2010年度: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)
• キーワード: イネ / 窒素飢餓 / 生存戦略 / 環境突破力 / 同化代謝バランス / メタボローム / 逆遺伝学 / 環境突破 / 窒素同化代謝 / 窒素饑餓 / 代謝ネットワーク / 窒素情報

研究成果の概要

イネは、窒素飢餓環境では茎数や種子数を減らして完熟種子を稔らせる応答を示すが、その分子機構は明らかではなかった。本研究では、①外界のNH4+の検知機構、②NH4+の同化・再利用機構、③代謝バランス、④穂への物質転流モデリングから、分子機構の解明を試みた。その結果、根におけるNH4+の初期同化や分げつの伸長に関わる要因や、種子数の決定に関わる窒素代謝要因を、逆遺伝学的に明らかにした。代謝バランスの崩壊が大きく影響していることを見いだし、また蔗糖転流の数理モデルを構築できた。これらの成果を、多くの国際学術誌の公表できた。

研究成果

• [雑誌論文] Lack of cytosolic glutamine synthetase1;2 in vascular tissues of axillary buds caused severe reduction in their outgrowth and disorder of metabolic balance in rice seedlings (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohashi, M., Ishiyama, K., Kusano, M., Fukushima, A., Kojima, S., Hanada, A., Kanno, K., Hayakawa, T., Seto, Y., Kyozuka, J., Yamaguchi, S., Yamaya, T.
  • 雑誌名: Plant J. 巻: 81 号: 2 ページ: 347-356
  • DOI: 10.1111/tpj.12731
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A mathematical model of phloem sucrose transport as a new tool for designing rice panicle structure for high grain yield (2015)
  • 著者名/発表者名: Seki M, Feugier FG, Song X-J, Ashikari M, Nakamura H, Ishiyama K, Yamaya T, Ikeda M, Kitano H, Satake A
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 56 号: 4 ページ: 605-619
  • DOI: 10.1093/pcp/pcu191
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Asparagine synthetase1, but not asparagine synthetase2, is responsible for the biosynthesis of asparagine following the supply of ammonium to rice roots (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohashi M, Ishiyama K, Kojima S, Nakano K, Kanno K, Hayakawa T, Yamaya, T
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 56 号: 4 ページ: 769-778
  • DOI: 10.1093/pcp/pcv005
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Sulfur-responsive elements in the 3’-non-transcribed intergenic region are essential for the induction of SULFATE TRANSPORTER 2;1 gene expression in Arabidopsis roots under sulfur deficiency (2015)
  • 著者名/発表者名: Maruyama-Nakashita A, Watanabe-Takahashi A, Inoue E, Yamaya T, Saito K Takahashi H
  • 雑誌名: The Plant Cell 巻: in press 号: 4 ページ: 1279-1296
  • DOI: 10.1105/tpc.114.134908
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Autophagy supports biomass production and nitrogen use efficiency at the vegetative stage in rice (2015)
  • 著者名/発表者名: Wada S, Hayashida Y, Izumi M, Kurusu T, Hanamata S, Kanno K, Kojima S, Yamaya T, Kuchitsu K, Makino A, Ishida H
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: in press 号: 1 ページ: 60-73
  • DOI: 10.1104/pp.15.00242
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Evidences supporting distinct functions of three cytosolic glutamine synthetases and two NADH-glutamate synthases in rice (2014)
  • 著者名/発表者名: Yamaya, T. and Kusano M.
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 巻: in press 号: 19 ページ: 5519-5525
  • DOI: 10.1093/jxb/eru103
  • 査読あり
• [雑誌論文] NADH-dependent glutamate synthase plays a crucial role in assimilating ammonium in Arabidopsis root (2014)
  • 著者名/発表者名: Konishi, N., Ishiyama, K., Matsuoka, K., Maru, I., Hayakawa, T., Yamaya, T. and Kojima, S.
  • 雑誌名: Physiologia Plantarum 巻: in press 号: 1 ページ: 138-151
  • DOI: 10.1111/ppl.12177
  • NAID: 120005691730
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cytosolic glutamine synthetase1;2 is responsible for the primary assimilation of ammonium in rice roots (2013)
  • 著者名/発表者名: Funayama, K.$, Kojima, S.$, Tabuchi-Kobayashi, M., Sawa, Y., Nakayama, Y., Hayakawa, T. and Yamaya, T.
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 54 号: 6 ページ: 934-943
  • DOI: 10.1093/pcp/pct046
  • NAID: 10031184135
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deciphering starch quality of rice kernels using metabolite profiling and pedigree network analysis (2012)
  • 著者名/発表者名: Kusano, M.
  • 雑誌名: Molecular Plant 巻: 5 号: 2 ページ: 442-451
  • DOI: 10.1093/mp/ssr101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dissection of genotype-phenotype associations in rice grains using metabolome quantitative trait loci analysis (2012)
  • 著者名/発表者名: Matsuda, M.
  • 雑誌名: Plant Journal 巻: 70 号: 4 ページ: 624-636
  • DOI: 10.1111/j.1365-313x.2012.04903.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Metabolomics data reveal a crucial role of cytosolic glutamine synthetasel;1 in coordinating metabolic balance in rice (2011)
  • 著者名/発表者名: Kusano, et al
  • 雑誌名: The Plant Journal 巻: 66 号: 3 ページ: 456-466
  • DOI: 10.1111/j.1365-313x.2011.04506.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] CPD photolyase repairs ultraviolet-B-induced CPDs in rice chloroplast and mitochondorial DNA. (2011)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, et al.
  • 雑誌名: Plant J. 巻: 66 号: 3 ページ: 433-442
  • DOI: 10.1111/j.1365-313x.2011.04500.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Disruption of a novel NADH-glutamate synthase2 gene caused marked reduction in spike let number of rice (2011)
  • 著者名/発表者名: 田村亘, 小島創一, 豊川絢子, 渡邉英生, 田淵-小林真由美, 早川俊彦, 山谷知行
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: vol.2 ページ: 57-57
  • DOI: 10.3389/fpls.2011.00057
  • 査読あり
• [雑誌論文] Metabolomics data reveal a crucial role of cytosolic glutamine synthetase 1;1 in coordinating metabolic balance in rice (2011)
  • 著者名/発表者名: Kusano, et al.
  • 雑誌名: The Plant Journal 巻: (未定 印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mapping quantitative trait loci controlling root length in rice seedlings grown with low or sufficient NH_4^+ supply using backcross recombinant lines derived from a cross between Oryza sativa L.and Oryza glaberrima Steud. (2011)
  • 著者名/発表者名: Obara, et al.
  • 雑誌名: Soil Science and Plant Nutrition 巻: (未定 印刷中)
  • 査読あり
• [学会発表] Stimulation of axillary buds elongation by metabolite and cytokinin in rice (2015)
  • 著者名/発表者名: 大橋美和、石山敬貴、草野都、福島敦史、小島美紀子、小島創一、早川俊彦、榊原均、山谷知行
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] シロイヌナズナ根で発現する遺伝子群のアンモニア応答に必要な領域の特定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小西範幸，石山敬貴，丸山葵、斉藤雅英、丸郁美，早川俊彦，山谷知行，小島創一
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] イネの根におけるAS分子種の生理的な役割と制御機構の解明 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大橋美和、石山敬貴、小島創一、早川俊彦、山谷知行
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2014年度東京大会
  • 発表場所: 東京農工大学
  • 年月日: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [学会発表] 高親和型尿素輸送担体が破壊されたイネの収量の解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤田貴之、石山敬貴、早川俊彦、山谷知行、小島創一
  • 学会等名: 第32回日本植物細胞分子生物学会盛岡大会・シンポジウム
  • 発表場所: 盛岡市 アイーナ
  • 年月日: 2014-08-21 – 2014-08-22
• [学会発表] イネ高親和型アンモニウムトランスポーター1;3の逆遺伝学的な解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤田貴之、石塚和、石山敬貴、早川俊彦、山谷知行、山口淳二、小島創一
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会東北支部会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2014-07-07 – 2014-07-08
• [学会発表] イネ維管束ネットワーク上のショ糖転流と顆粒成長モデル (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐竹暁子，関元秀，Francois Feugier，池田真由子，北野英己，Xian-Jun Song，芦苅基行，中村巴瑠花，石山敬貴，山谷知行
  • 学会等名: 第55回日本植物生理学会年会シンポジウム
  • 発表場所: 富山大学
  • 招待講演
• [学会発表] イネ根におけるアンモニウム態窒素吸収の負の制御の新理解 (2014)
  • 著者名/発表者名: 早川俊彦、山谷知行
  • 学会等名: 第55回日本植物生理学会年会シンポジウム
  • 発表場所: 富山大学
  • 招待講演
• [学会発表] Strigolactone-independent reduction of tiller number in rice mutant lacking cytosolic glutamine synthetase1;2 or NADH-glutamate synthase1 (2014)
  • 著者名/発表者名: Miwa Ohashi，Keiki Ishiyama，Atsushi Hanada，Soichi Kojima，Toshihiko Hayakawa，Yoshiya Seto，Shinjiro Yamaguchi，Tomoyuki Yamaya
  • 学会等名: 第55回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 富山大学
• [学会発表] シロイヌナズナサイトゾル型グルタミン合成酵素1;2は根でアンモニウムによって誘導されアンモニウムを同化する (2013)
  • 著者名/発表者名: 小西範幸 （山谷 知行）
  • 学会等名: 日本農芸化学会2013年度大会
  • 発表場所: 仙台（東北大学）
  • 年月日: 2013-03-25
• [学会発表] シロイヌナズナNADHグルタミン酸合成酵素の根におけるアンモニウム同化の重要性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小西範幸 （山谷 知行）
  • 学会等名: 第54回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 岡山（岡山大学）
  • 年月日: 2013-03-21
• [学会発表] シロイヌナズナ環境型におけるアンモニウム栄養利用の遺伝的な差異 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松岡香矢 （山谷 知行）
  • 学会等名: 第54回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 岡山（岡山大学）
  • 年月日: 2013-03-21
• [学会発表] Distinct function of GS1 and NADH-GOGAT isoenzymes in rice (2013)
  • 著者名/発表者名: Yamaya, T.
  • 学会等名: Second International Symposium on the Nitrogen Nutrition of Plants
  • 発表場所: Puerto Varas, Chile
  • 招待講演
• [学会発表] The study of two cytosolic glutamine synthetase isoforms of rice using reverse genetic, metabolite and transcript profiling approaches and microscopic analysis (2013)
  • 著者名/発表者名: Kusano, M., Fukushima, A., Funayama, K., Tabuchi-Kobayashi, M., Nishizawa, T., Kobayashi, M., Waakazaki, M., Sato, M., Toyooka, K., Osanai-Kondo, K., Utsumi, Y., Seki, M., Kojima, S., Yamaya, T., Saito, K.
  • 学会等名: Second International Symposium on the Nitrogen Nutrition of Plants
  • 発表場所: Puerto Varas, Chile
  • 招待講演
• [学会発表] ご挨拶・PCP表紙コンテスト授賞式(PCP編集長) (2012)
  • 著者名/発表者名: 山谷知行
  • 学会等名: 第53回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 京都産業大学
  • 年月日: 2012-03-18
• [学会発表] Opening Remarks (as a Chief Organizer) (2010)
  • 著者名/発表者名: Yamaya, T.
  • 学会等名: The 1st International Symposium on the Nitrogen Nutrition of Plants
  • 発表場所: Inuyama, Japan
• [図書] Nitrogen Assimilation in Plants (2010)
  • 著者名/発表者名: Kojima, et al.
  • 総ページ数: 378
  • 出版者: Research Signpost
• [備考] 東北大学大学院農学研究科植物細胞生物学
  • URL: http://www.agri.tohoku.ac.jp/j030100/id0024.html
• [備考] 植物細胞生物学分野
  • URL: http://www.agri.tohoku.ac.jp/cellbio/index-j.htm
• [備考] 植物細胞生物学分野
  • URL: http://www.agri.tohoku.ac.jp/cellbio/index-j.htm
• [備考]
  • URL: http://www.agri.tohoku.ac.jp/rellbio/index-j.htm
• [備考]
  • URL: http://www.agri.tohoku.ac.jp/agri-field/025.html
• [備考]
  • URL: http://www.agri.tohoku.ac.jp/cellbio/index-j.htm