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2012 年度 実施状況報告書

超近縁菌比較ゲノムによるブラディリゾビウム属細菌の植物共生システムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 23658057
研究機関東北大学

研究代表者

南澤 究  東北大学, 生命科学研究科, 教授 (70167667)

キーワード土壌微生物 / 共生 / ゲノム比較
研究概要

Cluster IIIの光合成茎粒菌―エンドファイトー非共生土壌細菌の「超近縁株」比較では、まずAgromonas oligotrophica S58株ゲノムを決定し、近縁のクサネムAeschynomene indicaの茎粒・根粒菌であるORS278およびBTAi1株ゲノムとの比較を行ったところ、S58株ゲノムには根粒発達遺伝子(ndv)や窒素固定遺伝子(nif, fix)をほぼ全て保有していた。そこで、クサネムに接種実験を行ったところ、Agromonas oligotrophicaに属する全ての株がクサネムに根粒および茎粒を形成した。GusA標識株・GFP標識株接種実験等によりS58株がクサネムに茎粒・根粒を形成し、バクテロイドに分化することを証明した。S58株ゲノムにはCluster Iダイズ根粒菌のように根粒形成遺伝子(nod gene)や共生アイランドが存在しなかったので、本結果は、未だ不明なNod-factor非依存性の共生システムの解明やその共生進化(進行退化か原始共生か)について大きな一石を投じた。この成果はAEM誌の原著論文とPCP誌の総説に掲載された。
昨年度、Cluster Iに属するUSDA122株のType III分泌系がRj2遺伝型ダイズへの共生不和合性をキャンセルすることを発見した。本年度は分泌タンパク質のSDS-PAGE解析、質量分析、ゲノム比較により、不和合性を誘導する可能性のあるエフェクター候補遺伝子を探索した。共生不和合性のUSDA122株のドラフトゲノム情報から共生和合性のUSDA110ゲノム上のエフェクター遺伝子と相同性があり、数アミノ酸置換を起こしているエフェクター候補遺伝子NopE1などを見いだした。この成果もAEM誌に原著論文として掲載された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

Bradyrhizobium属細菌の超近縁菌ゲノム比較による植物共生システムの探索が根粒共生(Cluster I)、茎粒形成(Cluster III)、エンドファイト(Cluster II)でいずれも進み、学術的に非常に興味深い知見が得られつつある。
根粒共生(Cluster I)では、Rj2遺伝型ダイズHardeeに共生不和合性を示すUSDA122株に特異的なエフェクターを探索するためにフラボノイド添加・無添加の分泌タンパクを解析し、USDA110株およびUSDA122株のゲノム情報から得られる遺伝子の探索を行った。その結果、共生不和合性のUSDA122株のドラフトゲノム情報から共生和合性のUSDA110ゲノム上のエフェクター遺伝子と相同性があり、数アミノ酸置換を起こしているエフェクター候補遺伝子NopE1などを見いだした。宿主側のRj2遺伝子の実態も明らかにされているので、両者の相互作用メカニズムについても研究が進むことが期待される。
茎粒形成(Cluster III)では、共生アイランドを持たないAgromonas oligotrophica S58株とその近縁株ゲノムの比較により、クサネムへのNod-factor非依存性の共生システムの解明に道を開いた成果となった。
サツマイモ窒素固定エンドファイト(Cluster II)のドラフトゲノム解析を完了し、近縁のBradyrhizobium属細菌ゲノムとのnif, fix, ndv, T3SS遺伝子などの詳細な比較解析を進め始めた。また、イネ根からS58株やORS278株に近縁でありながら、クサネムに根粒形成を起こさない菌株を得ており、Nod-factor非依存性の共生システム解明の鍵となるBradyrhizobium属細菌の取得も成功した。

今後の研究の推進方策

本年度は最終年度であるので、病原と共生の起源にも関わり、国際競争が激しいUSDA122株の共生不和合性を誘導するエフェクター遺伝子の同定を優先する。候補遺伝子破壊株および遺伝的相補株のタンパク質分泌解析およびRj2遺伝型ダイスに対する共生表現型解析を進める。さらに、根粒共生(Cluster I)、茎粒形成(Cluster III)、エンドファイト(Cluster II)のそれぞれの超近縁菌のゲノム比較の結果に基づき、植物共生レベルの高次化とゲノムの構成原理の全体像について作業仮説を最終年度に相応しく提示したい。

次年度の研究費の使用計画

該当なし

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2013 2012

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (9件) (うち招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Genome analysis suggests that the soil oligotrophic bacterium Agromonas oligotrophica (Bradyrhizobium oligotrophicum) is a nitrogen-fixing symbiont of Aeschynomene indica.2013

    • 著者名/発表者名
      Okubo T.
    • 雑誌名

      Applied and Environmental Microbiology

      巻: 79 ページ: 2542-2551

    • DOI

      DOI: 10.1128/AEM.00009-13

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mitigation of nitrous oxide emissions from soils by Bradyrhizobium japonicum inoculation.2013

    • 著者名/発表者名
      Itakura M.
    • 雑誌名

      Nature Climate Change

      巻: 3 ページ: 208-212

    • DOI

      DOI:10.1038/nclimate1734

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The type III secretion system of Bradyrhizobium japonicum USDA122 mediates symbiotic incompatibility with Rj2 soybean.2012

    • 著者名/発表者名
      Tsukui T.
    • 雑誌名

      Applied and Environmental Microbiology

      巻: 79 ページ: 1048-1051

    • DOI

      DOI: 10.1128/ AEM.03297-12

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Genetic diversity, symbiotic evolution, and proposed infection process of Bradyrhizobium strains isolated from root nodules of Aeschynomene americana L. in Thailand.2012

    • 著者名/発表者名
      Noisangiam R.
    • 雑誌名

      Applied and Environmental Microbiology

      巻: 78 ページ: 6236-6250

    • DOI

      DOI: 10.1128/AEM.00897-12

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evolution of Bradyrhizobium-Aeschynomene mutualism: Living testimony of the ancient world or highly evolved state?2012

    • 著者名/発表者名
      Okubo T.
    • 雑誌名

      Plant & Cell Physiology

      巻: 53 ページ: 2000-2007

    • DOI

      DOI: 10.1093/pcp/pcs150

    • 査読あり
  • [学会発表] Nitrogen and plant-associated microbes.2012

    • 著者名/発表者名
      Kiwamu Minamisawa
    • 学会等名
      The 2nd Asian Conference on Plant-Microbe Symbiosis and Nitrogen Fixation. (Invited oral speaker in plenary Lecture)
    • 発表場所
      Phuket, Thailand
    • 年月日
      20121028-20121101
    • 招待講演
  • [学会発表] Soil oligotrophic bacterium, Agromonas oligotrophica (Bradyrhizobium oligotrophicum) is nitrogen-fixing symbiont of Aeschynomene indica as suggested by genome analysis.2012

    • 著者名/発表者名
      Takashi Okubo
    • 学会等名
      The 2nd Asian Conference on Plant-Microbe Symbiosis and Nitrogen Fixation
    • 発表場所
      Phuket, Thailand
    • 年月日
      20121028-20121101
  • [学会発表] Colonization of phyosynthetic Bradyshiobium and Burkholderia kururiensis in rice plant.2012

    • 著者名/発表者名
      Shohei Fukusima
    • 学会等名
      The 2nd Asian Conference on Plant-Microbe Symbiosis and Nitrogen Fixation
    • 発表場所
      Phuket, Thailand
    • 年月日
      20121028-20121101
  • [学会発表] 光合成Bradyrhizobium とBurkholderia kururiensis のイネへの接種効果と組織局在性2012

    • 著者名/発表者名
      福島翔平
    • 学会等名
      植物微生物研究会第22回研究交流会
    • 発表場所
      神戸
    • 年月日
      20120925-20120927
  • [学会発表] ダイズ根粒菌Type III 分泌系によるRj2 ダイズ共生不和合性の誘導2012

    • 著者名/発表者名
      津久井隆裕
    • 学会等名
      植物微生物研究会第22回研究交流会
    • 発表場所
      神戸
    • 年月日
      20120925-20120927
  • [学会発表] Metagenome and microscopic analyses for plant-associated microbes towards sustainable agriculture2012

    • 著者名/発表者名
      Takashi Okubo
    • 学会等名
      第28回微生物生態学会 (Invited speaker)
    • 発表場所
      豊橋
    • 年月日
      20120919-20120922
    • 招待講演
  • [学会発表] N2O emission from soybean rhizosphere depends on denitrification by Bradyrhizobium japonicum and other soil microbes.2012

    • 著者名/発表者名
      Kiwamu Minamisawa
    • 学会等名
      14th International Symposium on Microbial Ecology
    • 発表場所
      Copenhagen, Denmark
    • 年月日
      20120819-20120824
  • [学会発表] Isolation and characterization of Aurantimonas species responded to legume nodulation genonotypes.2012

    • 著者名/発表者名
      Mizue Anda
    • 学会等名
      14th International Symposium on Microbial Ecology
    • 発表場所
      Copenhagen, Denmark
    • 年月日
      20120819-20120824
  • [学会発表] What does community analysis of plant-associated microbes tell us?2012

    • 著者名/発表者名
      Kiwamu Minamisawa
    • 学会等名
      XV International Congress of Molecular Plant-Microbe Interactions (Invited speaker)
    • 発表場所
      Kyoto
    • 年月日
      20120729-20120802
    • 招待講演

URL: 

公開日: 2014-07-24  

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