イネの窒素同化と窒素利用機構におけるグルタミン代謝関連酵素機能の完全解明

• 研究課題/領域番号: 22248005
• 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, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (30144778)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 45,240千円 (直接経費: 34,800千円、間接経費: 10,440千円); 2013年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円); 2012年度: 10,660千円 (直接経費: 8,200千円、間接経費: 2,460千円); 2011年度: 10,660千円 (直接経費: 8,200千円、間接経費: 2,460千円); 2010年度: 15,080千円 (直接経費: 11,600千円、間接経費: 3,480千円)
• キーワード: イネ / 窒素利用 / グルタミン代謝 / 逆遺伝学 / メタボローム / アンモニア同化 / 窒素利用機構 / グルタミン合成酵素 / グルタミン酸合成酵素 / 遺伝子破壊変異体 / 代謝

研究概要

イネの成育や生産性にきわめて重要な窒素同化と老化過程における窒素の再利用機構に着目し、その分子機構の詳細を明らかにする目的で研究を進めた。3種のサイトゾル型グルタミン構成酵素（GS1;1, GS1;2. GS1;3）と2種のNADHグルタミン酸合成酵素（NADH-GOGAT1と2）の機能解析を進め、以下の結論に達した。①根におけるアンモニウムイオンの初期同化は、GS1;2とNADH-GOGAT1が主に担うこと、②老化に伴う窒素転流における再利用の過程では、GS1;1とNADH-GOGAT2が主に担う。GS1;3は、穎果特異的な発現を示した。

研究成果

• [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)
  • 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)
  • 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 (selected a highlight paper) 巻: 54(6) ページ: 934-943
  • NAID: 10031184135
  • 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 synthetase 1 ; 1 in coordinating metabolic balance in rice (2011)
  • 著者名/発表者名: Kusano, M., Tabuchi, M., Fukushima, A., Funayama, K., Diaz, C., Kobayashi, M., Hayashi, N., Tsuchiya N. Y., Takahashi, H., Kamata, A., Yamaya, T., and Saito, K
  • 雑誌名: Plant Journal 巻: 66 ページ: 456-466
  • 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 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] 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: (未定)(印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reverse genetic 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 巻: 39 ページ: 1003-1012
  • 査読あり
• [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「環境変動に対する植物の生存成長戦略:総合研究の新展開」
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 2014-03-20
  • 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「植物の三大栄養素(N-P-K)の感知と利用の新理解」
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 2014-03-18
  • 招待講演
• [学会発表] シロイヌナズナは2 つの低親和型グルタミン合成酵素を使い分けて根でアンモニウムを同化する (2014)
  • 著者名/発表者名: 小西範幸,石山敬貴,丸郁美,松岡香矢,早川俊彦,山谷知行,小島創一
  • 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] 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: Ohashi, M., Ishiyama, K., Hanada, A., Kojima, S., Hayakawa, T., Seto, Y., Yamaguch, Y., Yamaya, T.
  • 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] The proper use of glutamine produced by cytosolic GS1 ; 1 is critical for metabolic and organelle homeostasis in rice (2014)
  • 著者名/発表者名: Kusano, M., Fukushima, A., Funayama, K., Tabuchi-Kobayashi, M., Nishizawa, T., Kobayashi, M., Wakazaki, M., Sato, M., Toyooka, M., Osanai-Kondo, K., Utsumi, Y., Seki, S., Kojima, S., Saito, S., Yamaya, T.
  • 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] 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 Ohashi1，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] 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] Rice novel protein kinase involved in regulation of ammonium uptake into roots under high concentration of external ammonium (2013)
  • 著者名/発表者名: Hayakawa, T., Obara, M., Taniai, A., Sawa, Y., Ishizawa, J., Kojima, S., Yamaya, T.
  • 学会等名: Second International Symposium on the Nitrogen Nutrition of Plants
  • 発表場所: Puerto Varas, Chile
• [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、早川俊彦、山谷知行、小島創一
  • 学会等名: 日本農芸化学会2013年度大会
  • 発表場所: 東北大学
• [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、松岡香矢、丸郁美、早川俊彦、山谷知行、小島創一
  • 学会等名: 第54回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 岡山大学
• [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、佐々木和弘、大岩優喜、丸郁美、早川俊彦、佐藤雅志、山谷知行、小島創一
  • 学会等名: 第54回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 岡山大学
• [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）
• [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）
• [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）
• [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] Evidence to support a function of glutamine synthetase1 ; 2 in the primary assimilation of ammonium ions in rice roots (2012)
  • 著者名/発表者名: Funayama, K., Tabuchi-Kobayashi, M., Sawa, Y., Kojima, S., Hayakawa, T. and Yamaya, T.
  • 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
• [学会発表] イネ根における新規プロテインキナーゼ(OsACTPK1)のアンモニウム吸収抑制への関与 (2012)
  • 著者名/発表者名: 谷合彰子、澤勇己、小原実広、吉成晃、小島創一、山谷知行、早川俊彦
  • 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
• [学会発表] 酵母スプリットユビキチン法によるアンモニウム輸送担体と細胞質型グルタミン合成酵素の相互作用の解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 松岡香矢、大岩優喜、早川俊彦、山谷知行、小島創一
  • 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
• [学会発表] Identification and characterization of qRL6.1, a major QTL for root length of seedlings hydroponically grown in rice (2011)
  • 著者名/発表者名: Obara, M., Fukuta, Y., Sato, T., Yano, M., Yamaya, T.
  • 学会等名: The 7^<th> Asian Crop Science Association Conference
  • 発表場所: Bogor, Indonesia
  • 年月日: 2011-09-28
• [学会発表] Oryza glaberrina の挿入置換系統群を用いた、イネ根長のQTL 検出と検証 (2011)
  • 著者名/発表者名: 小原実広、福田善通、早川俊彦、山谷知行
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2011年度つくば大会
  • 発表場所: エポカルつくば
  • 年月日: 2011-08-09
• [学会発表] Reduction of the primary assimilation of ammnonium ions and panicle number in rice mutants lacking cytosolic glutamine synthetase1 ; 2 (2011)
  • 著者名/発表者名: Funayama, K., Tabuchi-Kobayashi, M., Yawa, Y., Kojima, S., Hayakawa, T., Yamaya, T.
  • 学会等名: International Symposium "Strategies of Plants against Global Environmental Change"
  • 発表場所: Kurashiki, Okayama, Japan (poster)
• [学会発表] Interplay between ammonium transporter and glutamine synthethase in Arabidopsis (2011)
  • 著者名/発表者名: Tanaka-Matsuoka, T., Oiwa, Y., Hayakawa, T., Yamaya, T., Kojima, S.
  • 学会等名: International Symposium "Strategies of Plants against Global Environmental Change"
  • 発表場所: Kurashiki, Okayama, Japan (poster)
• [学会発表] 硫酸イオントランスポーターSULTR2 ; 1 の根における硫黄欠乏応答における3'非転写領域の役割 (2011)
  • 著者名/発表者名: 丸山明子、井上恵理、高橋晶子、斉藤和季、山谷知行、高橋秀樹
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2011年度つくば大会
• [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 Assimnation in Plants (2010)
  • 著者名/発表者名: Kojima, et al
  • 出版者: Research Signpost
• [備考]
  • 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] 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/cellbio/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