窒素飢餓環境に対するイネの生存戦略

2014 年度 実績報告書

• 研究領域: 大地環境変動に対する植物の生存・成長突破力の分子的統合解析
• 研究課題/領域番号: 22119003
• 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)
• 研究分担者: 草野 都 筑波大学, 生命環境系, 教授 (60415148)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: イネ / 窒素飢餓 / 生存戦略 / 環境突破力 / 同化代謝バランス

研究実績の概要

本年度は、１）外界のNH4+の過不足を検知する機構、２）NH4+を同化・再利用する機構、３）炭素や他の代謝バランスを図る機構を解明と、４）イネ穂への窒素転流のモデリングを試み、下記の成果を得た。
１）外界のNH4+の過不足を検知する機構：　イネのOsACTPK1は、過剰のNH4+吸収を負に制御する。このリン酸化活性は、クエン酸等の有機酸で阻害された。ACTPK1-GFPは、AMT1;2やGS1;2と同様に根の表層細胞で蓄積しており、酵母を用いた系では相互に結合することが示された。しかし、NH4+を検知する機構の解明には至っていない。
２）NH4+を同化・再利用する機構：　GS1;2やNADH-GOGAT1欠損変異体における分げつ数の減少は、内性ストリゴラクトンではなく、GS1;2の存在が重要であることが判明した。この成果を、国際学術誌に公表した。また、イネの根におけるアスパラギンの合成に、AS1が機能していることを初めて示し、その成果を国際学術誌に公表した。
３）炭素や他の代謝バランスを図る機構：　GS1;1欠損変異体イネ根では、光合成関連遺伝子や特定の転写因子を介すると思われる葉緑体発達が認められた。GS1;2欠損変異体の基部では、リグニンの減少やデンプン粒蓄積を伴い、C/Nバランスが大きく崩れていた。成果の公表準備中である。
４）イネ穂への窒素転流のモデリング：　枝梗維管束SEM解析やN転流量の解析を継続している。先だって、蔗糖の転流の数理モデルを構築し、その成果を国際学術誌に公表した。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [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: The Plant Journal 巻: 81 ページ: 347-356
  • DOI: 10.1111/tpj.12731
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A mathematical model of phloem sucrose transport as a new tool for designing rice panicle structure for high grain yield (2015)
  • 著者名/発表者名: Seki M, Feugier FG, Song X-J, Ashikari M, Nakamura H, Ishiyama K, Yamaya T, Ikeda M, Kitano H, Satake A
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 56 ページ: 605-619
  • DOI: 10.1093/pcp/pcu191
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [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 ページ: 769-778
  • DOI: 10.1093/pcp/pcv005
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Sulfur-responsive elements in the 3’-non-transcribed intergenic region are essential for the induction of SULFATE TRANSPORTER 2;1 gene expression in Arabidopsis roots under sulfur deficiency (2015)
  • 著者名/発表者名: Maruyama-Nakashita A, Watanabe-Takahashi A, Inoue E, Yamaya T, Saito K Takahashi H
  • 雑誌名: The Plant Cell 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1105/tpc.114.134908
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Autophagy supports biomass production and nitrogen use efficiency at the vegetative stage in rice (2015)
  • 著者名/発表者名: Wada S, Hayashida Y, Izumi M, Kurusu T, Hanamata S, Kanno K, Kojima S, Yamaya T, Kuchitsu K, Makino A, Ishida H
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1104/pp.15.00242
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Evidence 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, Kusano M
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 巻: 65 ページ: 5519-5525
  • DOI: 10.1093/jxb/eru103
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Stimulation of axillary buds elongation by metabolite and cytokinin in rice (2015)
  • 著者名/発表者名: 大橋美和、石山敬貴、草野都、福島敦史、小島美紀子、小島創一、早川俊彦、榊原均、山谷知行
  • 学会等名: 第56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 – 2015-03-18
• [学会発表] シロイヌナズナ根で発現する遺伝子群のアンモニア応答に必要な領域の特定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小西範幸，石山敬貴，丸山葵、斉藤雅英、丸郁美，早川俊彦，山谷知行，小島創一
  • 学会等名: 第56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 – 2015-03-18
• [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 – 2014-09-11
• [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盛岡大会・シンポジウム
  • 発表場所: 盛岡市 アイーナ
  • 年月日: 2014-08-21 – 2014-08-22
• [学会発表] イネ高親和型アンモニウムトランスポーター1;3の逆遺伝学的な解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤田貴之、石塚和、石山敬貴、早川俊彦、山谷知行、山口淳二、小島創一
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会東北支部会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2014-07-07 – 2014-07-08
• [備考] 東北大学大学院農学研究科植物細胞生物学
  • URL: http://www.agri.tohoku.ac.jp/j030100/id0024.html