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新規プロテオーム解析手法による根粒菌の窒素固定機構の解明とアンモニア生産への応用

研究課題

研究課題/領域番号 14J01156
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 応用微生物学
研究機関京都大学

研究代表者

立上 陽平  京都大学, 農学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2014-04-25 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
2016年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2015年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2014年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード窒素固定 / 根粒菌 / 転写因子 / ジベレリン / 根粒形成制御 / アンモニア / アンモニア生産
研究実績の概要

①Mesorhizobium lotiの転写因子による人工遺伝子発現制御
これまでの研究の成果から、我々はM. lotiの共生状態特異的な転写因子である、nifA2(mlr5837)とrpoN2(mll5872)に着目し、これら二つの転写因子を試験管培養下でも誘導発現させることにより、M. lotiのタンパク質発現が共生状態に近づけた。2つの転写因子を同時にIPTG誘導できるようにするため、lac promoterの下流にこれらの遺伝子を組み込みオペロン化し、その領域を広域宿主プラスミドpLAFR1に組み込んだ。さらに窒素固定タンパク質ニトロゲナーゼの活性中心の合成に必要なホモクエン酸合成のため、ホモクエン酸シンターゼ遺伝子nifVを土壌細菌Azotobacter vinelandiiからクローニングし、相同組換えによりM. lotiへのゲノム挿入を試みた。この状態でニトロゲナーゼの中心酵素NifHが発現することをウェスタンブロッティングにより確認し、さらに、その他の窒素固定関連遺伝子20種類以上が発現していることもプロテオーム解析により確認した。ただし、外的に導入したnifVは発現せず、結果としてニトロゲナーゼ中心錯体が形成されずに根粒菌が窒素固定能を示さなかった。
②M. lotiの共生時特異的な植物ホルモンの生産
根粒菌のメタボローム解析の結果、根粒菌が植物ホルモンであるジベレリンを合成していることを発見した。加えて、各酵素群の機能解明を行い、合成経路を世界で初めて同定した。さらに、根粒菌のジベレリン合成遺伝子破壊株を用い、植物生理学的な実験を行った結果、根粒菌の合成するジベレリンが宿主植物の根粒数を負に制御することを見出した。現在はさらに解析を進め、根粒菌由来のジベレリンがどのようなシグナル伝達系で植物表現型に影響を与えているかを検証中である。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2017 2016 2015 2014

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 3件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] Ammonia production from amino acid-based biomass-like sources by engineered Escherichia coli2017

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Mikami, Hisanari Yoneda, Yohei Tatsukami, Wataru Aoki, Mitsuyoshi Ueda
    • 雑誌名

      AMB Express

      巻: 7 号: 1 ページ: 83-83

    • DOI

      10.1186/s13568-017-0385-2

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Rhizobial gibberellin negatively regulates host nodule number2016

    • 著者名/発表者名
      Yohei Tatsukami, Mitsuyoshi Ueda
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 6 号: 1 ページ: 27998-27998

    • DOI

      10.1038/srep27998

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Putative alginate assimilation process of the marine bacterium Saccharophagus degradans 2-40 based on quantitative proteomic analysis2016

    • 著者名/発表者名
      Toshiyuki Takagi, Hironobu Morisaka, Shunsuke Aburaya, Yohei Tatsukami, Kouichi Kuroda, Mitsuyoshi Ueda
    • 雑誌名

      Marine Biotechnology

      巻: 18 号: 1 ページ: 15-23

    • DOI

      10.1007/s10126-015-9667-3

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Quantitative time-course proteome analysis of Mesorhizibium loti during nodule maturation2015

    • 著者名/発表者名
      Mami Nambu, Yohei Tatsukami, Hironobu Morisaka, Kouichi Kuroda, Mitsuyoshi Ueda
    • 雑誌名

      Journal of Proteomics

      巻: 125 ページ: 112-120

    • DOI

      10.1016/j.jprot.2015.04.034

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 根粒菌の生産するジベレリンが宿主の根粒数を負に制御する2016

    • 著者名/発表者名
      立上陽平
    • 学会等名
      植物微生物研究会 第25回研究交流会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2016-09-07
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 根粒菌の生産するジベレリンが根粒数を制御する2016

    • 著者名/発表者名
      立上陽平
    • 学会等名
      2016年度生物工学若手研究者の集い 夏のセミナー
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2016-07-16
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Validation of gibberellin synthetic pathway of rhizobia2016

    • 著者名/発表者名
      Yohei Tatsukami
    • 学会等名
      ECB2016, 17th European Congress on Biotechnology
    • 発表場所
      Krakow, Poland
    • 年月日
      2016-07-03
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 根粒菌のジベレリン生合成が根粒形成を制御する2016

    • 著者名/発表者名
      立上陽平、植田充美
    • 学会等名
      日本農芸化学会 2016年度大会
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      2016-03-27
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Qualitative and quantitative proteomics of legume-symbiont Mesorhizobium loti2015

    • 著者名/発表者名
      Yohei Tatsukami, Mami Nambu, Hironobu Morisaka, Kouichi Kuroda, Mitsuyoshi Ueda
    • 学会等名
      PacifiChem 2015
    • 発表場所
      Honolulu, HI, USA
    • 年月日
      2015-12-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 根粒菌によるジベレリン生合成が植物の根粒形成を制御する可能性についての考察2015

    • 著者名/発表者名
      立上陽平、植田充美
    • 学会等名
      第38回日本分子生物学会年会
    • 発表場所
      神戸
    • 年月日
      2015-12-01
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 根粒菌のジベレリン生合成が根粒形成を制御する2015

    • 著者名/発表者名
      立上陽平、植田充美
    • 学会等名
      植物微生物研究会 第25回研究交流会
    • 発表場所
      つくば
    • 年月日
      2015-09-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 共生過程におけるミヤコグサ根粒菌Mesorhizobium lotiの時系列定量プロテオーム解析2015

    • 著者名/発表者名
      立上陽平、南部真実、森坂裕信、黒田浩一、植田充美
    • 学会等名
      2015年度生物工学若手研究者の集い 夏のセミナー
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2015-07-11
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Analysis of metabolic changes in Mesorhizobium loti during nodule maturation by quantitative proteomics2015

    • 著者名/発表者名
      Yohei Tatsukami, Mami Nambu, Hironobu Morisaka, Kouichi Kuroda, Mitsuyoshi Ueda
    • 学会等名
      FEMS2015, 6th Congress of European Microbiologists
    • 発表場所
      Maastricht, the Netherland
    • 年月日
      2015-06-07
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ミヤコグサ根粒菌Mesorhizobium lotiによる共生時特異的なジベレリンの生合成2015

    • 著者名/発表者名
      立上陽平 南部真実 森坂裕信 黒田浩一 植田充美
    • 学会等名
      日本農芸化学会2015年度大会
    • 発表場所
      岡山
    • 年月日
      2015-03-26 – 2015-03-29
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] プロテオーム解析によるミヤコグサ根粒菌の新規代謝経路の予測2014

    • 著者名/発表者名
      立上陽平 南部真実 森坂裕信 黒田浩一 植田充美
    • 学会等名
      2014年度生物工学若手研究者の集い
    • 発表場所
      神戸
    • 年月日
      2014-07-12 – 2014-07-13
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Putative secondary metabolic pathway in Mesorhizobium loti disclosed by novel proteome analysis2014

    • 著者名/発表者名
      Yohei Tatsukami, Mami Nambu, Hironobu Morisaka, Kouichi Kuroda, Mitsuyoshi Ueda
    • 学会等名
      ASM2014, the 114th American Society for Microbiology
    • 発表場所
      Boston, MA, USA
    • 年月日
      2014-05-17 – 2014-05-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [図書] 「バイオサイエンスとインダストリー(B&I)」2017年 Vol.75, No.12017

    • 著者名/発表者名
      立上陽平・植田充美
    • 総ページ数
      2
    • 出版者
      バイオインダストリー協会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [図書] 立上陽平・植田充美2015

    • 著者名/発表者名
      バイオ水素とキャリア開発の最前線 3章-7 「微生物の合成生物学的改質育種に向けて」
    • 総ページ数
      8
    • 出版者
      CMC出版
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2015-01-22   更新日: 2024-03-26  

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