植物の窒素栄養恒常性維持の分子メカニズム

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17K07705
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 木羽 隆敏 名古屋大学, 生命農学研究科, 准教授 (20532097)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 窒素栄養恒常性 / 窒素欠乏 / NIGT1 / リン欠乏 / 欠乏応答

研究実績の概要

絶えず変動する環境下で植物がその生命活動を安定的に維持するためには、外環境と体内の窒素栄養状態に応じて個体の窒素栄養恒常性を保つことが極めて重要である。しかし植物がどのように窒素栄養恒常性の乱れを感知・応答・正常化するのかについて、その分子メカニズムの理解は進んでいない。本研究では、①GARP型転写因子群NIGT1による窒素恒常性維持の分子メカニズム解明と②窒素恒常性を支える窒素情報伝達ネットワーク解明の二つの観点から研究を進めた。
①nigt1多重変異体は窒素含量が高いのに対し、NIGT1過剰発現体は窒素含量が低い。この表現型がどの画分の窒素含量の変化に起因するのかを詳細に調べた結果、根でも地上部でも、約9割は液胞の硝酸イオン含量の変化で説明できることを明らかにした。硝酸イオン含量の変化は、NIGT1の標的遺伝子である高親和性硝酸イオン輸送体遺伝子（NRT2）の発現変化に起因すると考えられたため、nigt1とnrt2変異体を組み合わせた多重変異体を作製・解析した。その結果NIGT1は、NRT2の発現制御を通して窒素恒常性を維持することを強く示唆する結果を得た。
②既知の窒素応答関連因子の変異体を入手し、それらが窒素恒常性異常を示すかどうかを解析した。その過程で、リン欠乏応答のマスターレギュレーターPHR1の機能欠損変異体が窒素恒常性異常を示すことを見出した。詳細な解析の結果、PHR1はNIGT1の発現を直接制御することにより窒素恒常性維持に関わることを明らかにした。またNIGT1はSPX因子を介してリン欠乏応答制御にも関わることを明らかにした（Ueda et al. 2020）。NIGT1は窒素/リン栄養状態に応じた窒素恒常性維持の重要因子であるだけでなく、窒素応答とリン応答のバランス制御を司るハブ因子として、窒素/リン情報伝達ネットワーク中に位置づけられることがわかった。

研究成果

• [雑誌論文] Nitrate‐inducible NIGT1 proteins modulate phosphate uptake and starvation signaling via transcriptional regulation of SPX genes (2020)
  • 著者名/発表者名: Ueda, Y., Kiba, T., and Yanagisawa, S.
  • 雑誌名: Plant Journal 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1111/tpj.14637
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Harnessing symbiotic plant-fungus interactions to unleash hidden forces from extreme plant ecosystems. (2020)
  • 著者名/発表者名: Perez-Alonso M.M., Guerrero-Galan, C., Scholz, S.S., Kiba, T., Sakakibara, H., Ludwig-Muller, J., Krapp, A., Oelmuller, R., Vicente-Carbajosa, J., Pollmann, S.
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 巻: 54 ページ: 137-142
  • DOI: 10.1093/jxb/eraa040
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Sugar-induced de novo cytokinin biosynthesis contributes to Arabidopsis growth under elevated CO2 (2019)
  • 著者名/発表者名: Kiba, T., Takebayashi, Y., Kojima, M., and Sakakibara, H.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 ページ: 7765
  • DOI: 10.1038/s41598-019-44185-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genome sequence of Striga asiatica provides insight into the evolution of plant parasitism (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshida et al.
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 29 ページ: 3041-3052
  • DOI: 10.1016/j.cub.2019.07.086
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] An efficient DNA- and selectable-marker-free genome-editing system using zygotes in rice (2019)
  • 著者名/発表者名: Toda, E., Koiso, N., Takebayashi, A., Ichikawa, M., Kiba, T., Osakabe, K., Osakabe, Y., Sakakibara, H., Kato, N., and Okamoto, T.
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 5 ページ: 363-368
  • DOI: 10.1038/s41477-019-0386-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Shoot nitrate underlies a perception of nitrogen satiety to trigger local and systemic signaling cascades in Arabidopsis thaliana (2019)
  • 著者名/発表者名: Okamoto Y., Suzuki T., Sugiura D., Kiba T., Sakakibara H., Hachiya T.
  • 雑誌名: Soil Science and Plant Nutrition 巻: 65 ページ: 56-64
  • DOI: 10.1080/00380768.2018.1537643
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Nitrogen starvation responses in plants (2019)
  • 著者名/発表者名: Takatoshi Kiba
  • 学会等名: The 3rd International Conference on Life Sciences and Biotechnology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A mechanism for xylem loading of cytokinin mediated by ABCG14 (2019)
  • 著者名/発表者名: Takatoshi Kiba, Hitoshi Sakakibara
  • 学会等名: The International Plant Growth Substances Association Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Metabolomic and Transcriptomic Analysis of Metabolic Pathways Regulated by Nitrogen Starvation Response Regulator AtNIGT1s (2019)
  • 著者名/発表者名: Takatoshi Kiba, Hitoshi Sakakibara
  • 学会等名: The 4th International Symposium on the Nitrogen Nutrition of Plants
  • 国際学会
• [学会発表] Screening for the novel cytokinin transporter (2019)
  • 著者名/発表者名: 浦上拓也、木羽隆敏、榊原均
  • 学会等名: Frontiers in plant environmental response research
  • 国際学会
• [学会発表] Mechanism of ABCG14-mediated root-to-shoot cytokinin transport (2019)
  • 著者名/発表者名: 橋本祐典、木羽隆敏、榊原均
  • 学会等名: Frontiers in plant environmental response research
  • 国際学会
• [備考] 名古屋大学 大学院生命農学研究科 植物情報分子研究室
  • URL: https://www.agr.nagoya-u.ac.jp/~ck/