研究課題
根粒菌と共生窒素固定を行うマメ科植物は、窒素栄養が豊富な土壌にて根粒共生を自ら抑える機構をもつが故に、農業上において望ましい “根粒共生と窒素肥料による窒素栄養の獲得の両立” が困難となっている。本研究では、栄養豊富な土壌環境下でも根粒共生できるマメ科植物の開発を見据え、鍵転写因子群が司る根粒形成遺伝子スイッチング機構を物理化学的な側面から解明することに取り組む。本研究での成果は、植物-微生物共生の研究分野に新機軸を打ち出すとともに、ダイズなどの農業上重要なマメ科植物の中で眠る潜在能力を最大限に引き出すための基盤知見にもなると期待される。本研究における大きな成果は、根粒形成を促進する転写因子NIN、そしてそのホモログであり硝酸に応答するのみならず根粒形成を抑制する転写因子NLPの間においてDNA結合特異性および遺伝子制御の違いを生み出す分子構造基盤を詳細に明らかにしたことである。アミノ酸配列保存性、生化学解析、加えてAlphaFold２による予測構造を駆使することで、NIN特有の幅広いDNA結合特性に寄与するNIN-specific motif（NSM）の同定、および、その背景にある分子機構の一端を解明することができた。具体的には、NSMはDNA結合ドメイン間の二量体界面を形成し、間接的にDNA配列選択性を制御することがわかった。さらに、マメ科植物を用いた共同研究によって、NSMは根粒形成特異的な遺伝子の発現制御、ならびに適切な根粒形成に不可欠であることが証明された。さらに、窒素栄養が根粒共生を抑える現象の背景にある「NLPによるNINの抑制機構」の構造基盤についても考察することができ、 “根粒共生と窒素肥料による窒素栄養の獲得の両立” の足がかりとなる基礎的な知見を得ることができたといえる。
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すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 6件、 招待講演 2件)
Nature Communications
巻: 15 ページ: 370
10.1038/s41467-023-44492-5
巻: 15 ページ: 733
10.1038/s41467-024-44865-4
