共生微生物感染に必須なカルシウムスパイキング起動と受容に関わる宿主因子の機能解析

• 研究課題/領域番号: 17687005
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 植物生理・分子
• 研究機関: 独立行政法人農業生物資源研究所
• 研究代表者: 今泉 温子 (安楽 温子) 農業生物資源研究所, 植物科学研究領域・植物・微生物間相互作用研究ユニット, 任期付研究員 (20391592)
• 研究期間 (年度): 2005 – 2007
• 研究課題ステータス: 完了 (2007年度)
• 配分額: 27,300千円 (直接経費: 21,000千円、間接経費: 6,300千円); 2007年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円); 2006年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円); 2005年度: 11,180千円 (直接経費: 8,600千円、間接経費: 2,580千円)
• キーワード: 根粒共生窒素固定 / アーバスキュラー菌根菌 / 共通シグナル伝達経路 / カルシウムスパイキング / CCaMK / CASTOR・POLLUX / 感染受容 / ミヤコグサ / common signaling pathway / CASTOR, POLLUX遺伝子 / カルシウム・カルモデュリン依存型プロテインキナーゼ

研究概要

(1)Caスパイキングの受容因子であるCCaMKの機能獲得型CCaMK-CAの共生変異体への形質転換実験から、根粒菌・菌根菌の感染受容を司る共通シグナル伝達経路に属する宿主遺伝子群のうち、Caスパイキングの上流に位置づけられているSYMRK、CASTOR、POLLUX及びNup85遺伝子が、根粒菌及び菌根菌の感染過程に直接的に関与していないことを明らかにした。一方、根粒共生特異的経路に位置するNFR1は、根粒菌の感染過程に直接的に関与することが示され、NSP2は、CCaMKの下流に位置し、根粒器官形成過程を直接的に制御する事が示された。
(2)イネTos17挿入変異体OsCCaMKは、花粉そのものが全く形成されない優性不稔表現型を示すことを明らかにした。この雄性不稔および菌根共生不全表現型は、OsCCaMKゲノム配列形質転換により相補されたことから、OsCCaMK遺伝子は、花粉形成および菌根菌共生の2つの過程に必須の遺伝子であることが示された。
(3)菌根共生から根粒共生への進化の過程で、CASTOR/POLLUXおよびCCaMK遺伝子が機能的に進化しているかを検証するため、イネオルソログによるミヤコグサ変異体の相補実験を行った。OsCASTOR,OsCCaMKはミヤコグサ当該変異体の根粒共生表現型を完全に相補したが、OsPOLLUXでは、相補は不完全であった。これらの遺伝子では、イネ・ミヤコグサ間でのドメイン構造の大きな変化などはないことから、CASTOR/POLLUX及びCCaMKは、Caシグナル誘導に必要な因子として保存・維持され、根粒共生系においても、共生菌の「感染受容」過程を支える因子として機能していることが強く示唆された。

研究成果

• [雑誌論文] NUCLEOPORIN85 Is Required for Calcium, Spiking, Fungal and Bacterial Symbioses, and Seed Production in Lotus japonicus. (2007)
  • 著者名/発表者名: Saito, K
  • 雑誌名: The Plant Cell 19 ページ: 610-624
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deregulation of a Ca^<2+>/calmodulin-dependent kinase leads to spontaneous nodule development (2006)
  • 著者名/発表者名: Tirichine L
  • 雑誌名: Nature 441 ページ: 1153-1156
• [雑誌論文] 共生シグナルの受容と共通シグナル伝達経路の分子遺伝学的解明 (2006)
  • 著者名/発表者名: 林誠
  • 雑誌名: 蛋白質・核酸・酵素 51 ページ: 1030-1037
• [雑誌論文] Genetics of Symbiosis in Lotus japonicus : Recombinant Inbred Lines, Comparative Genetic Maps, and Map Position of 35 Symbiotic Loci. (2006)
  • 著者名/発表者名: N.Sandal, T.R.Petersen, J.Murray, Y.Umehara, B.Karas, K.Yano, H.Kumagai, M.Yoshikawa, K.Saito, M.Hayashi, Y.Murakami, X.Wang, T.Hakoyama, H.Imaizumi-Anraku, S.Sato, T.Kato, W.Chen, Md.S.Hossain, S.Shibata, T.L.Wang, K.Yokota, K.Larsen, N.Kanamori, E.Madsen, S.Radutoiu, L.H.Madsen, T.G.Radu, L.Krusell, Y.Ooki, M.Banba, M.Betti, N.Rispail, L.Skot, E.Tuck, J.Perry, S.Yoshida, K.Vickers, J.Pike, L.Mulder, M.Charpentier, J.Muller, R.Ohtomo, T.Kojima, S.Ando, A.J.Marquez, P.M.Gresshoff, K.Harada, J.Webb, S.Hata, N.Suganuma, H.Kouchi, S.Kawasaki, S.Tabata, M.Hayashi, M.Parniske, K.Szczyglowski, M.Kawaguchi, J.Stougaard
  • 雑誌名: Molecular Plant-Microbe Interactions 19巻・1号 ページ: 80-91
• [学会発表] 機能獲得型CCaMKを利用した共生微生物の初期感染過程を制御するシグナル伝達系の解析 (2008)
  • 著者名/発表者名: 馬場真里
  • 学会等名: 第49回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2008-03-18
• [学会発表] Functional analysis of common signaling pahtway (CSP) genes in Lotus japonicus and Oryza sativa (2007)
  • 著者名/発表者名: 今泉(安楽)温子
  • 学会等名: 鹿児島大学フロンティアサイエンス研究推進センターシンポジウム 元気な植物作りのためのヒントを探る-植物・微生物相互作用と植物免疫の分子機構
  • 発表場所: 鹿島児大学
  • 年月日: 2007-09-20
• [学会発表] 根粒菌及び菌根菌の感染受容を司る共通シグナル伝達経路の解析 (2007)
  • 著者名/発表者名: 今泉(安楽)温子
  • 学会等名: 日本植物学会第71回大会 平成19年度学会奨励賞受賞講演
  • 発表場所: 東京理科大学
  • 年月日: 2007-09-08