イネ根におけるアンモニウム態窒素過剰摂取抑制の分子機構の解明

• 研究課題/領域番号: 24580090
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 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: 早川 俊彦 東北大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (60261492)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2014年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2013年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2012年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 遺伝子 / シグナル伝達 / 植物 / 生理学 / 発現制御 / 植物代謝調節

研究成果の概要

窒素栄養は、植物の多量要求性栄養素であり、その生育や生産性を支配する。水田栽培のイネは、外来窒素源として主にアンモニウムを吸収・利用するが、高濃度アンモニウム供給は、多くの陸上植物に有害である。高濃度アンモニウム供給下の植物根では、高親和性アンモニウム吸収が負に制御されるが、この詳細な分子機構は不明であった。本研究成果として、高濃度アンモニウム供給下のイネ根において、タンパク質キナーゼOsACTPK1が、体内の利用可能な炭素骨格量に応じて、原形質膜のアンモニウム輸送関連タンパク質の輸送活性の制御に関わることが示唆された。この知見は、植物根の過剰アンモニウム摂取回避機構の理解の端緒となる。

研究成果

• [雑誌論文] Asparagine synthetase1, but not asparagine synthetase2, is responsible for the biosynthesis of asparagine following the supply of ammonium to rice roots (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohashi M, Ishiyama K, Kojima S, Nakano K, Kanno K, Hayakawa T, Yamaya, T
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 56 号: 4 ページ: 769-778
  • DOI: 10.1093/pcp/pcv005
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Lack of cytosolic glutamine synthetase1;2 in vascular tissues of axillary buds caused severe reduction in their outgrowth and disorder of metabolic balance in rice seedlings (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohashi, M., Ishiyama, K., Kusano, M., Fukushima, A., Kojima, S., Hanada, A., Kanno, K., Hayakawa, T., Seto, Y., Kyozuka, J., Yamaguchi, S., Yamaya, T.
  • 雑誌名: Plant J. 巻: 81 号: 2 ページ: 347-356
  • DOI: 10.1111/tpj.12731
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] NADH-dependent glutamate synthase participated in ammonium assimilation in Arabidopsis root (2014)
  • 著者名/発表者名: Soichi Kojima, Noriyuki Konishi, Marcel Pascal Beier, Keiki Ishiyama, Ikumi Maru, Toshihiko Hayakawa, Tomoyuki Yamaya
  • 雑誌名: Plant Signaling & Behavior 巻: 9 号: 8 ページ: 1-2
  • DOI: 10.4161/psb.29402
  • 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 号: 1 ページ: 138-151
  • DOI: 10.1111/ppl.12177
  • 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 巻: 54 号: 6 ページ: 934-943
  • DOI: 10.1093/pcp/pct046
  • NAID: 10031184135
  • 査読あり
• [学会発表] Stimulation of axillary buds elongation by metabolite and cytokinin in rice (2015)
  • 著者名/発表者名: Miwa Ohashi, Keiki Ishiyama, Miyako Kusano, Atsushi Fukushima, Mikiko Kojima, Soichi Kojima, Toshihiko Hayakawa, Hitoshi Sakakibara, Tomoyuki Yamaya
  • 学会等名: 第55回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学
  • 年月日: 2015-03-16
• [学会発表] Identification of a specific combination of DNA elements in the promoter regions of ammonium responsive genes in Arabidopsis root (2015)
  • 著者名/発表者名: Noriyuki Konishi, Keiki Ishiyama, Aoi Maruyama, Masahide Saito, Ikumi Maru, Toshihiko Hayakawa, Tomoyuki Yamaya, Soichi Kojima
  • 学会等名: 第55回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学
  • 年月日: 2015-03-16
• [学会発表] Down-regulation of ammonium uptake into plant roots under high concentration of external ammonium, ｢Mineral transport and sensing in plants｣ (2014)
  • 著者名/発表者名: Toshihiko Hayakawa, Tomoyuki Yamaya
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2014年度東京大会シンポジウム
  • 発表場所: 東京農工大学
  • 年月日: 2014-09-11
  • 招待講演
• [学会発表] イネの根におけるAS分子種の生理的な役割と制御機構の解明 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大橋美和、石山敬貴、小島創一、早川俊彦、山谷知行
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2014年度東京大会
  • 発表場所: 東京農工大学
  • 年月日: 2014-09-09
• [学会発表] 高親和型尿素輸送担体が破壊されたイネの収量の解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤田貴之、石山敬貴、早川俊彦、山谷知行、小島創一
  • 学会等名: 第32回日本植物細胞分子生物学会大会
  • 発表場所: アイーナ（いわて県民情報交流センター）、盛岡
  • 年月日: 2014-08-21
• [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: Toshihiko Hayakawa, Mitsuhiro Obara, Akiko Taniai, Yuki Sawa, Jin Ishizawa, Soichi Kojima, Tomoyuki Yamaya
  • 学会等名: 2nd International Symposium on the Nitrogen Nutrition of Plants
  • 発表場所: Puerto Varas, Chile
• [学会発表] 植物の三大栄養素(N-P-K)の感知と利用の新理解、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
  • 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
  • 発表場所: 富山大学
  • 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
  • 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
  • 著者名/発表者名: Miwa Ohashi, Keiki Ishiyama, Atsushi Hanada, Soichi Kojima, Toshihiko Hayakawa, Yoshiya Seto, ShinjiroYamaguchi, 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] 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
  • 著者名/発表者名: 小西範幸
  • 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
  • 著者名/発表者名: 松岡香矢
  • 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] シロイヌナズナサイトゾル型グルタミン合成酵素1;2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
  • 著者名/発表者名: 小西範幸
  • 学会等名: 日本農芸化学会2013年度大会
  • 発表場所: 東北大学
• [備考] 東北大学大学院農学研究科応用生命科学専攻植物機能科学講座植物細胞生化学分野ホームページ
  • URL: http://www.agri.tohoku.ac.jp/cellbio/index-j.htm
• [備考] 東北大学大学院農学研究科応用生命科学専攻植物機能科学講座植物細胞生化学分野ホームページ
  • URL: http://www.agri.tohoku.ac.jp/cellbio/index-j.htm
• [備考] 東北大学大学院農学研究科応用生命科学専攻植物機能科学講座植物細胞生化学分野ホームページ
  • URL: http://www.agri.tohoku.ac.jp/cellbio/index-j.htm