イネのアンモニア同化と窒素リサイクル機構の解明による窒素利用効率の向上

• 研究課題/領域番号: 19208007
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 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: 東北大学
• 研究代表者: 山谷 知行 東北大学, 大学院・農学研究科, 教授 (30144778)
• 研究分担者: 佐藤 雅志 東北大学, 大学院・生命科学研究科, 准教授 (40134043)
• 連携研究者: 佐藤 雅志 東北大学, 大学院・生命科学研究科, 准教授 (40134043)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2009
• 研究課題ステータス: 完了 (2009年度)
• 配分額: 39,520千円 (直接経費: 30,400千円、間接経費: 9,120千円); 2009年度: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円); 2008年度: 14,300千円 (直接経費: 11,000千円、間接経費: 3,300千円); 2007年度: 15,730千円 (直接経費: 12,100千円、間接経費: 3,630千円)
• キーワード: イネ / アンモニア同化 / 窒素リサイクル機構 / 窒素利用効率 / 遺伝子破壊 / サイトゾル型グルタミン合成酵素 / NADH-グルタミン酸合成酵素 / 遺伝子破壊変異体 / QTL解析 / 遺伝子機能解明 / トランスクリプトーム

研究概要

イネのゲノム解析の完了によって新規に発見されたサイトゾル型グルタミン合成酵素GS1;3やグルタミン酸合成酵素NADH-GOGAT2に焦点を当て、窒素利用効率に関わる統合的な分子基盤を構築した。遺伝子破壊変異体を活用するとともに、窒素利用効率の制御に関わる新規遺伝子の探索を行った。その結果、GS1;3は種子発芽の過程で、またNADH-GOGAT2は老化に伴う窒素転流で機能している事が示唆された。また、窒素欠乏に伴う根の伸長と窒素吸収の促進に関わる新規遺伝子を同定した。

研究成果

• [雑誌論文] Fine-mapping of qRL6.1, a major QTL for root length of rice seedlings grown under a wide range of NH_4^+ concentration in hydroponic conditions. (2010)
  • 著者名/発表者名: Obara M., Tamura W., Ebitani T., Yano M., Sato T., Yamaya, T.
  • 雑誌名: Theoretical Applied Genetics 121 ページ: 535-547
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reverse genetics approach to characterize a function of NADH-glutamate synthase1 in rice plants. (2010)
  • 著者名/発表者名: Tamura W., Hidaka Y., Tabuchi M., Kojima S., Hayakawa T., Sato T., Obara M., Kojima M., Sakakibara H., Yamaya T.
  • 雑誌名: Amino Acids 39 ページ: 1003-1012
  • NAID: 120006376372
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fine-mapping of qRL6.1, a major QTL for root length of rice seedlings grown under a wide range of NH_4^+ concentration in hydroponic conditions (2010)
  • 著者名/発表者名: Obara, M., Tamura, W., Ebitani, T., Yano, M., Sato, T., Yamaya, T.
  • 雑誌名: Theoretical Applied Genetics (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reverse genetics approach to characterize a function of NADH-glutamate synthasel in rice plants (2010)
  • 著者名/発表者名: Tamura, W., Hidaka, Y., Tabuchi, M., Kojima, S., Hayakawa, T., Sato, T., Obara, M., Kojima, M., Sakakibara, H., Yamaya, T.
  • 雑誌名: Amino Acids (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reverse genetics approach to characterize a function of NADH-glutamate synthasel in rice plants (2010)
  • 著者名/発表者名: Tamura, et al.
  • 雑誌名: Amino Acids (未定, In press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] (2010)
  • 著者名/発表者名: 山谷知行
  • 雑誌名: 植物栄養学 第2版(文永堂出版)
• [雑誌論文] Pleiotropic modulation of carbon and nitrogen metabolism in Arabidopsis plants overexpressing NAD kinase 2 gene. (2009)
  • 著者名/発表者名: Takahashi H., Takahara K., Hashida S., Hirabayashi T., Fujimori T., Kawai-Yamada M., Yamaya T., Yanagisawa S., Uchimiya H.
  • 雑誌名: Plant Physiol 151 ページ: 100-113
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pleiotropic modulation of carbon and nitrogen metabolism in Arabidopsis plants overexpressing NAD kinase 2 gene (2009)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, H., Takahara, K., Hashida, S., Hirabayashi, T., Fujimori, T., Kawai-Yamada, M., Yamaya, T., Yanagisawa, S., Uchimiya, H.
  • 雑誌名: Plant Physiol 151 ページ: 100-113
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cytosolic glutamine synthetase is present in phloem sap from rice(Oryza sativa L.) (2009)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, et al.
  • 雑誌名: Soil Science and Plant Nutrition 55 ページ: 102-106
  • 査読あり
• [雑誌論文] Plerotropic modulation of carbon and nitrogen metabokism in Arabidopsis plants overexpressing NAD kinase 2 gene (2009)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, et al.
  • 雑誌名: Plant Physiology 151 ページ: 100-103
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cytosolic glutamine synthetase is present in phloem sap from rice(Oryza sativa L.) (2009)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, et al.
  • 雑誌名: Soil Science Plant Nutrition 55 ページ: 102-106
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cellular distribution of ACT domain repeat protein 9, a nuclear localizing protein, in rice (Oryza sativa L.) (2008)
  • 著者名/発表者名: Kudo T., Kawai A., Yamaya T., Hayakawa T.
  • 雑誌名: Physiol.Plant. 133 ページ: 167-179
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural insight into the reaction mechanism and evolution of cytokinin biosynthesis. (2008)
  • 著者名/発表者名: Sugawara H., Ueda N., Kojima M., Makita N., Yamaya T., Sakakibara H.
  • 雑誌名: Proc.Natl.Acad.Sci.USA 105 ページ: 2734-2739
  • NAID: 130006995125
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cellular distribution of ACT domain repeat protein 9, a nuclear localizing protein, in rice (Oryza sativa L.) (2008)
  • 著者名/発表者名: Kudo, T., Kawai, A., Yamaya, T., Hayakawa, T.
  • 雑誌名: Physiol. Plant. 133 ページ: 167-179
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural insight into the reaction mechanism and evolution of cytokinin biosynthesis (2008)
  • 著者名/発表者名: Sugawara, H., Ueda, N., Kojima, M., Makita, N., Yamaya, T., Sakakibara, H.
  • 雑誌名: Proc.Natl.Acad.Sci.USA 105 ページ: 2734-2739
  • NAID: 130006995125
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural insight into the reaction mechanism and evolution of cytokinin biosynthesis (2008)
  • 著者名/発表者名: Sugawara, et al.
  • 雑誌名: Proc.Natl.Acad.Sci.USA 105 ページ: 2734-2739
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cellular distribution of ACT domain repeat protein 9, a nuclear localizing protein, in rice(Oryza sativa L.) (2008)
  • 著者名/発表者名: Kudo, et al.
  • 雑誌名: Physiologia Plantaram 133 ページ: 169-179
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural insight into the reaction mechanism and evolution of cytokinin biosynthesis (2008)
  • 著者名/発表者名: Sugawara, et. al.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 105 ページ: 2734-2739
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cellular distribution of ACT domain repeat protein 9, a nuclear localizing protein, in rice(Oryza sativa L.) (2008)
  • 著者名/発表者名: Kudo, et. al.
  • 雑誌名: Physiologia Plantaram (In press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Increased Rubisco content in transgenic rice transformed with "sense" rbcS gene. (2007)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Y., Ohkubo M., Hatakeyama H., Ohashi K., Yoshizawa R., Kojima S., Hayakawa T., Yamaya T., Mae T., Makino A.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 48 ページ: 626-637
  • NAID: 10027001603
  • 査読あり
• [雑誌論文] Assimilation of ammonium-ions and re-utilization of nitrogen in rice (Oryza sativa L.). (2007)
  • 著者名/発表者名: Tabuchi M., Abiko T., Yamaya T.
  • 雑誌名: J.Exp.Bot. 58 ページ: 2319-2327
  • 査読あり
• [雑誌論文] Increased Rubisco content in transgenic rice transfbrmed with "sense" rbcS gene (2007)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, Y., Ohkubo, M., Hatakeyama, H., Ohashi, K., Yoshizawa, R., Kojima, S., Hayakawa, T., Yamaya, T., Mae, T., Makino, A.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol 48 ページ: 626-637
  • 査読あり
• [雑誌論文] Assimilation of ammonium-ions and re-utilization of nitrogen in rice (Oryza sativa L) (2007)
  • 著者名/発表者名: Tabuchi, M., Abiko, T., Yamaya, T.
  • 雑誌名: J.Exp.Bot. 58 ページ: 2319-2327
  • 査読あり
• [雑誌論文] Assimilation of ammonium-ions and re-utilization of nitrogen in rice(Oryza sativa L.) (2007)
  • 著者名/発表者名: Tabuchi, et. al.
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 58 ページ: 2319-2327
  • 査読あり
• [雑誌論文] Increased Rubisco content in transgenic rice transformed with "sense" rbcS gene (2007)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, et. al.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiology 48 ページ: 626-637
  • 査読あり
• [学会発表] シロイヌナズナ高親和型尿素輸送担体の相互作用因子の探索 (2010)
  • 著者名/発表者名: 吉田圭吾, ら
  • 学会等名: 第51回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 熊本大学
• [学会発表] イネにおけるNADH依存性グルタミン酸合成酵素(NADH-GOGAT)1及び2遺伝子の破壊変異体の獲得とその表現型 (2010)
  • 著者名/発表者名: 田村亘, ら
  • 学会等名: 第51回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 熊本大学
• [学会発表] シロイヌナズナ環境型のアンモニウム栄養に対する応答 (2010)
  • 著者名/発表者名: 大岩優貴, ら
  • 学会等名: 第51回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 熊本大学
• [学会発表] Function of glutamine synthetase and glutamate synthase in rice plants (2009)
  • 著者名/発表者名: Yamaya, T.
  • 学会等名: 11^<th> Inthernational Congress on Amino Acids, Peptide and Proteins
  • 発表場所: Vienna, Austria
  • 年月日: 2009-08-03
• [学会発表] イネの窒素飢餓ストレス (2009)
  • 著者名/発表者名: 山谷知行
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2009年度京都大会シンポジウム「植物のミネラルストレス応答」
  • 発表場所: 京都(招待講演)
• [学会発表] Function of glutamine synthetase and glutamate synthase in rice plants. (2009)
  • 著者名/発表者名: 山谷知行
  • 学会等名: 11^<th> International Congress on Amino Acids, Peptides and Proteins
  • 発表場所: Vienna, Austria(招待講演)
• [学会発表] イネの窒素飢餓ストレス (2009)
  • 著者名/発表者名: 山谷知行
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2009年度京都大会シンポジウム「植物のミネラルストレス応答」
  • 発表場所: 京都 (招待講演)
• [学会発表] Function of glutamine synthetase and glutamate synthase in rice plants. 11^<th> International Congress on Amino Acids (2009)
  • 著者名/発表者名: Yamaya, T.
  • 学会等名: Peptides and Proteins
  • 発表場所: Vienna, Austria (招待講演)
• [学会発表] イネNADH依存性グルタミン酸合成酵素1(NADH-GOGAT1)破壊変異体の獲得と表現型の解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 田村亘, ら
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2009年度京都大会
  • 発表場所: 京都大学
• [学会発表] サイトゾル型グルタミン合成酵素欠損変異イネの幼植物における解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 田渕真由美, ら
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2009年度京都大会
  • 発表場所: 京都大学
• [学会発表] 液胞型アクアアポリンの細胞膜アンモニウム輸送への寄与 (2009)
  • 著者名/発表者名: 小島創一, ら
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2009年度京都大会
  • 発表場所: 京都大学
• [学会発表] イネ根におけるGlnセンサー候補OsACTPK遺伝子族の発現特性とOsACTPK4遺伝子破壊イネの解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 澤優己, ら
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2009年度京都大会
  • 発表場所: 京都大学
• [学会発表] イネ根系の発達を促進するQTL遺伝子の単離 (2009)
  • 著者名/発表者名: 小原実広, ら
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2009年度京都大会
  • 発表場所: 京都大学
• [学会発表] Genetic and physiological approach of nitrogen utilization toward improving environmental adaptation of rice. (2008)
  • 著者名/発表者名: Obara M., Yamaya T.
  • 学会等名: Workshop on Development of Environmentally-friendly Water-saving Technologies for Rice
  • 発表場所: Tsukuba、Japan(招待講演)
  • 年月日: 2008-07-18
• [学会発表] Genetic and physiological approach of nitrogen utilization toward improving environmental adaptation of rice. Workshop on Development of Environmentally-friendly (2008)
  • 著者名/発表者名: Obara, M., Yamaya, T.
  • 学会等名: Water-saving Technologies for Rice
  • 発表場所: Tsukuba, Japan (招待講演)
  • 年月日: 2008-07-18
• [学会発表] Molecular mechanisms for plant biomass production-rice as a model plant. (2008)
  • 著者名/発表者名: 山谷知行
  • 学会等名: UCR Tech Horizon 2008 Conference
  • 発表場所: UC Riverside, CA, USA(招待講演)
• [学会発表] Molecular mechanisms for plant biomass production-rice as a model plant (2008)
  • 著者名/発表者名: Yamaya, T.
  • 学会等名: UCR Tech Horizon 2008 Conference
  • 発表場所: UC Riverside, CA, USA (招待講演)
• [学会発表] Molecular mechanisms for plant biomass production -rice as a model plant (2008)
  • 著者名/発表者名: Yamaya, T.
  • 学会等名: UCR Tech Horizon 2008 Conference
  • 発表場所: UC Riverside, CA, USA
• [学会発表] Assimilation of ammonium ions and re-utilization of nitrogen in rice. (2007)
  • 著者名/発表者名: 山谷知行
  • 学会等名: Nitrogen2007-An International Symposium on the Nitrogen Nutrition of Plants
  • 発表場所: Lancaster University, UK(招待講演)
• [学会発表] Assimilation of ammonium ions and re-utilization of nitrogen in rice (2007)
  • 著者名/発表者名: Yamaya, T.
  • 学会等名: Nitrogen2007-An International Symposium on the Nitrogen Nutrition of Plants
  • 発表場所: Lancaster University, UK (招待講演)
• [学会発表] Assimilation of ammonium ions and re-utilization of nitrogen in rice (2007)
  • 著者名/発表者名: Yamaya, T.
  • 学会等名: Nitrogen2007-An International Symposium on the Nitrogen Nutrition of Plants
  • 発表場所: Lancaster University, UK
• [図書] Nitrogen Assimilation in Plants(India, Ammonia absorption and assimilation in plants) (2010)
  • 著者名/発表者名: Kojima K., von Wiren N., Yamaya T.
  • 出版者: Research Signpost 社
• [図書] 植物栄養学 第2版(間藤徹、馬建鋒、藤原徹編)(アンモニウムイオンの吸収、アンモニアトランの同化) (2010)
  • 著者名/発表者名: 山谷知行
  • 出版者: 文永堂出版
• [図書] India, Ammonia absorption and assimilation in plants, In : "Nitrogen Assinlilation in Plants" (2010)
  • 著者名/発表者名: Kojima, K., von Wiren, N., Yamaya, T.
  • 出版者: Research Signpost 社(印刷中)
• [図書] 細胞内アンモニア代謝、アンモニアトランスポーター、「植物栄養学 第2版」間藤徹, 馬建鋒, 藤原徹, 編 (2010)
  • 著者名/発表者名: 山谷知行
  • 出版者: 文永堂出版(印刷中)
• [図書] Nitrogen Assimilation in Plants (2010)
  • 著者名/発表者名: Kojima, et al.
  • 出版者: Research Signpost, India(印刷中)
• [図書] 植物の百科事典(b窒素代謝) (2009)
  • 著者名/発表者名: 山谷知行
  • 出版者: 朝倉書店
• [図書] 植物の百科事典(1.2 物質代謝) (2009)
  • 著者名/発表者名: 山谷知行
  • 出版者: 朝倉書店
• [図書] b窒素代謝、「植物の百科事典」 (2009)
  • 著者名/発表者名: 山谷知行
  • 総ページ数: 16
  • 出版者: 朝倉書店
• [図書] 1. 2物質代謝、「植物の百科事典」 (2009)
  • 著者名/発表者名: 山谷知行
  • 出版者: 朝倉書店
• [備考] 報道関連情報
• [備考] 山谷知行、東北大学の新世紀-世界をリードするイネの研究、2009年6月29日、東日本放送
• [備考] アウトリーチ活動
• [備考] 山谷知行、植物の基盤研究から食料自給率を考える。文部科学省政策会議先端科学技術調査会「植物科学研究が切り拓く未来-グリーンイノベーションに向けて」、衆議院第1議員会館民主党A会議室、2010年3月4日
• [備考] ホームページ等
  • URL: http://www.agri.tohoku.ac.jp/cellbio/index-j.htm
• [備考]
  • URL: http://www.agri.tohoku.ac.jp/cellbio/index-j.htm
• [備考]
  • URL: http://www.agri.tohoku.ac.jp/cellbio/index-j.htm
• [備考]
  • URL: http://www.agri.tohoku.ac.jp/cellbio/index-j.htm
• [備考]
  • URL: http://www.agri.tohoku.ac.jp/cellbio/index-j.htm