人工根粒バイオデバイスを用いた新空中窒素固定システム創生のための基礎研究

• 研究課題/領域番号: 16380048
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 植物栄養学・土壌学
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 横山 正 東京農工大学, 大学院・共生科学技術研究部, 助教授 (70313286)
• 研究分担者: 有馬 泰紘 東京農工大学, 大学院・共生科学技術研究部, 教授 (90011973)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2005
• 研究課題ステータス: 完了 (2005年度)
• 配分額: 13,200千円 (直接経費: 13,200千円); 2005年度: 4,900千円 (直接経費: 4,900千円); 2004年度: 8,300千円 (直接経費: 8,300千円)
• キーワード: ダイズ / 根粒 / Bradyrhizobium / シンビオソーム / バクテロイド / 共生 / 生物窒素固定 / 根粒菌 / 静菌 / マクロアレイ膜 / Peri Bacteroid Space

研究概要

根粒菌がダイズ根粒のシンビオソームでバクテロイドに変化する制御機構を解明するため、根粒シンビオソーム溶液の解析を行った。ダイズ根粒よりシンビオソームを単離し、低張液中で破壊し、内容物を抽出することでシンビオソーム中の溶液を単離した。(1)その溶液を、分子量10000でゲル濾過分画した結果、分子量10000以上の高分子画分は菌の増殖抑制を示さないこと、低分子画分は菌の増殖を抑制した。(2)シンビオゾーム溶液に菌を懸濁し、28℃微好気・好気条件下で2時間培養し全RNAを抽出後、ダイズ菌USDA110株の全ゲノムを3960のDNA断片としてナイロン膜に貼り付けた高密度マクロアレイ膜とハイブリ実験を行い、網羅的な転写物の解析を行った。微好気下では、742遺伝子領域がシンビオゾーム溶液処理で転写上昇を示した。そのうち、48クローンは新規発現活性を示した。さらに、共生領域の47遺伝子領域の転写が増大していた。一方、好気条件下でも、無処理区のものより3倍以上転写が上昇した遺伝子断片が151個見出された。(3)微好気下のシンビオソーム溶液で培養した菌から経時的に全タンパク質を抽出し二次元電気泳動解析を行い、バクテロイドの全タンパク質のpI値とMWに基づいた分布図と比較した。バクテロイドのタンパク質分布パターンは単生根粒菌とは大きく異なり、138のタンパク質の存在量を減少させていた。これは探知したタンパク質(831個)の17%を占めた。一方シンビオソーム溶液中で培養した菌では、138個のうち、1時間で20個、2時間で14個、4時間で27個、8時間で19個の同一タンパク質の存在量が減少し、シンビオソーム溶液はバクテロイド化に特徴的なタンパク質総数の減少化を誘導した。一方、シンビオソーム溶液の影響で存在量が増大したタンパク質は、バクテロイド完成時に認められる増大タンパク質とは異なった。このタンパク群の一部をMALDI-TOF-MASSで解析した結果、転写因子を見出した。

研究成果

• [雑誌論文] ダイズ根粒シンビオソームのPeri-bacteroid spaceに存在する溶液を処理することで単生ダイズ根粒菌USDA110株に誘導される遺伝子応答の網羅的解析 (2006)
  • 著者名/発表者名: 横山 正, 市田沙智子, 大石真子, 中坪知史, 手島光平, 有馬泰紘, 大和田琢二, 南澤 究, 三井久幸, 板倉 学, 金子貴一, 田畑哲之, 佐伯和彦, 大森博文, 田島茂行, 内海俊樹, 阿部美紀子
  • 雑誌名: 植物微生物研究会第15回研究交流会講演要旨集ISSN1341-0652 Vol. 15 ページ: 5-6
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Comprehensive analysis of plant gene expression in soybean root nodules at different growth stages. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kaewsuralikhit S., Yokoyama T., Kouchi H., Arima Y.
  • 雑誌名: Soil Sci Plant Nutr. Vol. 51 ページ: 313-322
  • NAID: 110004704772
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 根粒PBS物質投与により引き起こされるダイズ根粒菌タンパク質2次元電気泳動像の変化 (2005)
  • 著者名/発表者名: 大石真子, 横山 正, 有馬泰紘
  • 雑誌名: 日本土壌肥料学会講演要旨集ISSN0288-5840 Vol. 51 ページ: 51-51
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] ダイズ根粒のperibacteroid apaceに存在する単生根粒菌増殖抑制物質について (2005)
  • 著者名/発表者名: 市田沙智子, 横山 正, 有馬泰紘
  • 雑誌名: 日本土壌肥料学会講演要旨集ISSN0288-5840 Vol. 51 ページ: 56-56
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Comprehensive analysis of plant gene expression in soybean root nodules at different growth stages. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kaewsuralikhit S., Yokoyama T., Kouchi H., Arima Y.
  • 雑誌名: Soil Sci Plant Nutr. Vol.51 ページ: 313-322
  • NAID: 110004704772
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Genome-wide Vie of Mesorhizobium and Bradyrhizobium, expression island clustered on symbiosis island and genome diversity. (2005)
  • 著者名/発表者名: Uchiumi T., Ohwada T., Kaneko T., Yokoyama T., Saeki K., Hayashi M., Tajima S., Minamizawa K.
  • 雑誌名: Current Plant Science and Biotechnology in Agriculture. Vol.41 Biological Nitrogen Fixation, Sustainable Agriculture and the Environment. (Edited by Y.Wang, M.Lin, Z.Tian, C.Elmerich, and W.Newton) (Springer, Netherlands.) ISBN-101-4020-3569-1 ページ: 139-139
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Global gene expression in Bradyrhizobium japonicum USDA 110 induced by PBS-solution isolated from peri-bacteroidal spaces in symbiosomes of soybean root nodules in terms of macroarray analysis. (2005)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama T., Ichida S., Ohishi N., Nakatsubo S., Tejima K., Arima Y., Ohwada T., Minamisawa K., Mitsui H., Itakura M., Kaneko T., Tabata S., Saeki K., Omori H., Tajima S., Uchiumi T., Abe M.
  • 雑誌名: Abstract of the 15^<th> Annual Meeting for plant-Microbe Interactions Vol.15, ISSN1341-0652 ページ: 4-5
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Image analysis of cell proteins of Bradyrhizobium japonicum USDA 110 incubated with symbiosome solution isolated from soybean root nodules in terms of high-resolution 2D electrophoresis. (2005)
  • 著者名/発表者名: Ooishi N., Yokoyama T., Arima Y.
  • 雑誌名: Abstract of the annual meeting for Japanese society of soil science and plant nutrition Vol.51 ページ: 51-51
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Growth inhibitor of Bradyrhizobium in symbiosome solution isolated from soybean root nodules. (2005)
  • 著者名/発表者名: Ichida S., Yokoyama T., Arima Y.
  • 雑誌名: Abstract of the annual meeting for Japanese society of soil science and plant nutrition Vol.51 ページ: 56-56
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] ダイズ根粒シンビオソームのPeri-bacteroid spaceに存在する溶液を処理することで単生ダイズ根粒菌USDA110株に誘導される遺伝子応答の網羅的解析 (2005)
  • 著者名/発表者名: 横山 正, 市田紗智子, 大石真子, 中坪知史, 手島光平, 有馬泰紘, 大和田琢二, 南澤 究, 三井久幸, 板倉 学, 金子貴一, 田畑哲之, 佐伯和彦, 大森博文, 田島茂行, 内海俊樹, 阿部美紀子
  • 雑誌名: 植物微生物研究会 第15回研究交流会講演要旨集ISSN1341-0652 Vol.15 ページ: 5-6
• [雑誌論文] Comprehensive analysis of plant gene expression in soybean root nodules a different growth stages. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kaewsuralikhit S., Yokoyama T., Kouchi H., Arima Y.
  • 雑誌名: Soil Sci Plant Nutr. Vol.51 ページ: 313-322
  • NAID: 110004704772
• [雑誌論文] 根粒PBS物質投与により引き起こされるダイズ根粒菌タンパク質2次元電気泳動像の変化 (2005)
  • 著者名/発表者名: 大石真子, 横山 正, 有馬泰紘
  • 雑誌名: 日本土壌肥料学会 講演要旨集 Vol.51 ページ: 51-51
• [雑誌論文] ダイズ根粒のperibacteroid apaceに存在する単生根粒菌増殖抑制物質について (2005)
  • 著者名/発表者名: 市田紗智子, 横山 正, 有馬泰紘
  • 雑誌名: 日本土壌肥料学会 講演要旨集 Vol.51 ページ: 56-56
• [雑誌論文] Expression Island Cluster on the Symbiosis Island of the Mesorhizobium loti Genome. (2004)
  • 著者名/発表者名: Uchiumi T., Ohwada T., Itakura M., Mitui H., Nukui N., Dawadi P., Kaneko T., Tabata S., Yokoyama T., Tejima K., Saeki K., Omori H., Hayashi M., Maekawa T., Sriprang R., Murooka Y., Tajima S., Simomura K., Nomura M., Suzuki A., shimoda Y., Sioya K., Abe M., Minamisawa K
  • 雑誌名: J. of Bacteriol. Vol. 186 ページ: 2439-2448
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] ダイズ根粒PBS物質が単生状態のBradyrhizobium japonicum USDA110株の増殖遺伝子発現に及ばす影響 (2004)
  • 著者名/発表者名: 市田沙智子, 横山 正, 有馬泰紘
  • 雑誌名: 日本土壌肥料学会講演要旨集ISSN0288-5840 Vol. 50 ページ: 61-61
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Expression Island Cluster on the Symbiosis Island of the Mesorhizobium lote Genome. (2004)
  • 著者名/発表者名: Uchiumi T., Ohwada T., Itakura M., Mitui H., Nukui N., Dawadi P., Kaneko T., Tabata S., Yokoyama T., Tejima K., Saeki K., Omori H., Hayashi M., Maekawa T., Sriprang R., Murooka Y., Tajima S., Simomura K., Nomura M., Suzuki A., shimoda Y., Sioya K., Abe M., Minamisawa K.
  • 雑誌名: J.of Bacteriol. Vol.186 ページ: 2439-2448
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Large-Scale Analysis of Gene Expression Profiles during Early Stages of Root Nodule Formation in a Model Legume, Lotus japonicus. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kouchi H. 他
  • 雑誌名: DNA Research 11 ページ: 263-274
• [雑誌論文] Expression Islands Clustered on the Symbiosis Island of the Mesorhizobium loti Genome. (2004)
  • 著者名/発表者名: Uchiumi, T. 他
  • 雑誌名: Journal of Bacteriology 186 ページ: 2439-2448
• [雑誌論文] Praparetion and Biological Activity of Molecular Probes to Identify and Analyze Jasmonic Acid-binding Protein. (2004)
  • 著者名/発表者名: Jikumaru Y. 他
  • 雑誌名: Biosci.Biotechnol.Biochem. 98 ページ: 1461-1466
• [雑誌論文] ダイズ根粒PBS物質が単生状態のBradyrhizobium japonicum USDA110株の増殖及び遺伝子発現に及ぼす影響 (2004)
  • 著者名/発表者名: 市田紗智子, 横山正, 有馬泰紘
  • 雑誌名: 日本土壌肥料学会講演要旨集 50 ページ: 61-61
• [図書] Current Plant Science and Biotechnology in Agriculture. Vol. 41 Biological Nitrogen Fixation, Sustainable Agriculture and the Environment. Edited by Y. Wang, M. Lin, Z. Tian, C. Elmerich, and W. Newton, ISBN-101-4020-3569-1, Springer, Netherlands. (2005)
  • 著者名/発表者名: Uchiumi T., Ohwada T., Kaneko T., Yokoyama T., Saeki K., Hayashi M., Tajima S., Minamizawa K.
  • 総ページ数: 139
  • 出版者: Genome-wide Vie of Mesorhizobium and Bradyrhizobium, expression island clustered on symbiosis island and genome diversity.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より