N_2O抑止型脱窒系構築のための根粒菌ゲノム生態学の開拓

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14360037
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 南澤 究 東北大学, 大学院・生命科学研究科, 教授 (70167667)
• 研究分担者: 鮫島 玲子 東北大学, 大学院・生命科学研究科, 日本学術振興会特別研究員
• キーワード: 根粒菌 / 脱窒 / 亜酸化窒素 / nosZ / ^<15>N / 共生

研究概要

本研究は、申請者らが蓄積してきたダイズ根粒菌の遺伝生態の知見、近年急速に発展してきた脱窒の分子生物学、微生物ゲノム科学の成果を駆使して、共生細菌の特性を生かしたN_2O抑止型脱窒生態系構築の学術的な基盤を明らかにするものである。平成15年度の研究成果は以下の通りである。
前年度に行ったBradyrhizobium属根粒菌の培養菌体に^<15>N標識硝酸投与すると脱窒の最終産物である^<15>N-N_2が放出され、それをTCDガスクロマトグラフィーによる定量が可能である研究成果(^<15>N/TCD法)を論文投稿したしたとろ、審査員から画期的な方法であるので十分な証拠の提示が求められた。そこで、ヘリウムキャリヤーガスによる分析を行うと同時に、祥雲らのフザリウムからの共脱窒を利用して^<28>N(^<15>N^<14>N)ガスを作製し、^<15>Nの熱伝導度の相違により定量できることを明らかにし、Appl.Environ.Microbiol.に受理された。^<15>N/TCD法により複数の圃場分離株の脱窒能を検討したところ、完全脱窒能を保持しているBradyrhizobium japonicumが優先している圃場と、nos遺伝子が欠損しN_2Oを発生するB.japonicumが優先している圃場のあることが明かとなった。
2002年に全ゲノム塩基配列が解読されたB.japonicum USDA110株のnosZ欠損変異株を作製し、形成された根粒のN_2O取込み能を検討した。親株のUSDA110株形成根粒はN2_O取込みを示したが、nosZ欠損変異株がN_2O取込みが観察されなかった。この結果は、B.japonicum根粒菌は、単生状態だけでなく、共生状態においても脱窒系が誘導され、根粒の周りのN_2Oガスの還元を行う除去能力があることを示しており、根粒菌が土壌系からのN_2Oガス除去に予想以上に重要な役割を果たしている可能性のあることが判明した。

研究成果

• [文献書誌] Sameshima, R., Isawa, T, Sadowsky, M.J., Hamada, T., Kasai, H., Shutsrirung, A, Mitsui, H, Minamisawa, K.: "Phylogeneny and distribution of extra-slow-growing Bradyrhizobium japonicum harboring high copy numbers of RSα, RSβ and IS1631"FEMS Microbiol.Ecol.. 44. 191-202 (2003)
• [文献書誌] Okazaki, S., Yuhashi, K., Minamisawa, K.: "Quantitative and time-course evaluation of nodulation competitiveness of rhizobitoxine-producing Bradyrhizobium elkanii"FMES Microbiol.Ecol.. 45(1). 155-160 (2003)
• [文献書誌] Okazaki, S., Sugawara, M., Minamisawa, K.: "Bradythizobium elkanii rtxC gene is required for expression of symbiotic phenotypes in the final step of rhizobitoxine biosynthesis"Appl.Environ.Microbiol.. 70(1). 535-541 (2004)
• [文献書誌] Uchiumi, T., Minamisawa, K.(共著者24名): "Expression islands clustered on symbiosis island of Mesorhizobium loti genome"J.Bacteriol.. (印刷中).
• [文献書誌] Sameshima-Saito, R., CHiba, K., Minamisawa, K.: "New Method of denitrification analysis of Bradyrhizobium field isolates by gaschromatographic determination of ^<15>N-N_2"Appl.Environ.Microbiol.. (印刷中).
• [文献書誌] Nukui, N., Ezura, H., Minamisawa, K.: "Transgenic Lotus japonicus with an ethylen receptor gene Cm-ERS1/H70A enhances formation of infection treads and nodule primordia"Plant Cell Physiol.. (印刷中).