シロイヌナズナ環境型間の比較による高アンモニウム環境への適応機構の解明

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26450073
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 小島 創一 東北大学, 農学研究科, 助教 (30462683)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: シロイヌナズナ / アンモニウム / グルタミン / グルタミン酸 / 窒素栄養 / 窒素代謝

研究実績の概要

本研究予算によって査読付き原著論文五報を報告することができました。これらの研究成果は、植物がアンモニウムを利用する代謝酵素についての理解を深める研究であり、植物がアンモニウム環境に適応する機構を理解する上で必要な知識となります。アンモニウムの代謝に関わる遺伝子としてNADH依存性グルタミン酸合成酵素に着目しました。NADH依存性グルタミン酸合成酵素を遺伝的に欠損するシロイヌナズナはアンモニウム環境で生育が貧弱となったことから、NADH依存性グルタミン酸合成酵素がアンモニウムの同化戦略で重要な役割を担うことがわかりました。次に根で高く発現するグルタミン合成酵素に着目しました。グルタミン合成酵素には複数遺伝子の存在が報告されています。本研究では、グルタミン合成酵素1;2とグルタミン合成酵素1;3に着目して、これらの酵素群を遺伝的に欠損するシロイヌナズナのアンモニウム栄養に対する応答性を評価しました。グルタミン合成酵素1;2の欠損はアンモニウム同化を大幅に減少させましたが、グルタミン合成酵素1;3の欠損の効果はグルタミン合成酵素1;2が欠損しない限りは顕在化しませんでした。つまりグルタミン合成酵素1;3のアンモニウム同化に対する貢献は限定的であることがわかりました。これらのシロイヌナズナの根におけるアンモニウム代謝酵素の働きによって、植物はアンモニウムを同化することが明らかとなり、アンモニウムという無機栄養がグルタミン・グルタミン酸へ変換される有機化合物へ変換される機構が明確になりました。

研究成果

• [国際共同研究] ミシガン州立大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: ミシガン州立大学
• [国際共同研究] IPK(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: IPK
• [雑誌論文] Transcriptional repressor IAA17 is involved in nitrogen use by modulating cytosolic glutamine synthetase GLN1;2 in Arabidopsis roots. (2017)
  • 著者名/発表者名: Saito, M., Konishi, N., Kanno,K., Yamaya, T., and Kojima,S.
  • 雑誌名: Soil Science and Plant Nutrition 巻: 63 ページ: 163-170
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Lack of cytosolic glutamine synthetase1;2 activity reduces nitrogen-dependent biosynthesis of cytokinin required for axillary bud outgrowth in rice seedlings. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ohashi, M., Ishiyama, K., Kojima, S., Kojima, M., Sakakibara, H., Yamaya, T., Hayakawa, T.
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 58 ページ: 679-690
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A temporal and spatial contribution of asparaginase to asparagine catabolism during development of rice grains. (2017)
  • 著者名/発表者名: Yabuki, Y., Ohashi, M., Imagawa, F., Ishiyama, K., Beier, M. P., Konishi, N., Umetsu-Ohashi, T., Hayakawa, T., Yamaya, T. and Kojima, S.
  • 雑誌名: Rice 巻: 10:3 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1186/s12284-017-0143-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Contributions of two cytosolic glutamine synthetase isozymes to ammonium assimilation in Arabidopsis roots (2017)
  • 著者名/発表者名: Konishi, N., Ishiyama, K., Beier, M, P., Inoue, E., Kanno, K., Yamaya, T., Takahashi, H. and Kojima, S.
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 巻: 68(3) ページ: 613-625
  • DOI: 10.1093/jxb/erw454
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] シロイヌナズナの根におけるアンモニウムの初期同化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小西範幸、石山敬貴、菅野圭一、早川俊彦、山谷知行、小島創一
  • 学会等名: 第45回根研究集会
  • 発表場所: 岡山大学資源植物科学研究所（岡山県倉敷市）
  • 年月日: 2016-09-30 – 2016-10-01
• [学会発表] シロイヌナズナ根のサイトゾル型グルタミン合成酵素アイソザイムの機能解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小西範幸、石山敬貴、菅野圭一、小島創一
  • 学会等名: 第2回植物の栄養研究会
  • 発表場所: 名古屋大学坂田・平田ホール（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2016-09-02 – 2016-09-03
• [図書] テイツ・ザイガー植物生理学 (2017)
  • 著者名/発表者名: （編集）西谷和彦、島崎研一郎（翻訳分担）小島創一
  • 総ページ数: 832(351-375)
  • 出版者: 講談社サイエンティフィック
• [備考] 植物細胞生化学分野
  • URL: http://www.agri.tohoku.ac.jp/cellbio/index-j.htm