人工根粒バイオリアクターを用いた空中窒素固定システム開発のための基盤研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14656128
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: 横山 正 東京農工大学, 農学部, 助教授 (70313286)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 有馬 泰紘 東京農工大学, 農学部, 教授 (90011973)
• Keywords: 根粒 / peribacteroid / bacteroid / symbiosome / nitrogen fixation / バイオリアクター / 根粒菌 / peribacteroid space

Research Abstract

バクテロイドを包んでいる膜内の溶液(シンビオスペース溶液)の単離
5週間生育させた成熟ダイズ根粒を用いビオスペース溶液を単離した。合計14回栽培を行い約1mlのシンビオスペース溶液を単離した。この一部を用いて、HPLCによりアミノ酸、糖、有機酸の組成を調べた。次に既知物質の組成に基づき人工シンビオスペース溶液を作製し根粒菌に投与後、形態や生育速度の変化を調べた結果、有機酸・アミノ酸・糖組成をシンビオスペースの存在量に調整した溶液は根粒菌の生育速度を抑制することが分かった。しかし、人工シンビオスペース溶液処理区では形態変化は誘導しなかった。
シンビオスペース物質を投与した根粒菌に生じる遺伝子応答
ミヤコグサ根粒菌の全ゲノムを網羅したマクロアレイ膜を用い、シンビオスペース溶液をダイズ根粒菌に投与した15分後に生じる遺伝子応答を追跡した。その結果、97クローンの転写量が3倍以上に増大し、一方、108クローンで転写が50%以下に抑制された。しかし、転写変動の幅が狭く、ミヤコグサ根粒菌のゲノムアレイを用いたダイズ根粒菌の転写解析は、異種根粒菌ゲノム間のハイブリダイゼーションであり、各遺伝子の転写強度データは実験事実を正確に反映していないことが定量PCRの結果で明らかになた。そこで、ダイズ根粒菌の全ゲノムを網羅したダイズ根粒菌ゲノムアレイを平成15年8月末に完成させた。
シンビオスペース物質に応答するレポーター系を用いた、バクテロイド化開始物質の探索
ダイズ根粒菌の全ゲノムを網羅したダイズ根粒菌ゲノムアレイを用いシンビオスペース溶液をダイズ根粒菌に投与した120分後に生じる遺伝子応答を追跡した。その結果、機能は不明であるが、2時間で転写量が42倍上昇するクローンを見いだした。このクローンに関しては、別のサンプルを用いた実験でも同様な結果を得た。この遺伝子を用いたバクテロイド化開始物質探索用のレポーター系を構築中である。

Research Products

• [Publications] Tejima K.et al.: "The distinctiveness of the peribacteroid space of soybean root nodules in its composition of low molecular weight compounds, and its changes with plant growth."Soil Sci.Plant Nutr.. 49. 239-247 (2003)
• [Publications] Uchiumi., T et al.: "Expression islands clustered on symbiosis island of Mesorhizobium loti genome."Journal of Bacteriology. 186 No8. 2439-2448 (2004)
• [Publications] 堀尾孝雄, 二井一禎編著 分担執筆 横山 正: "植物の根と微生物の相互作用 窒素固定細菌 堀尾孝雄・二井一禎編著「土壌微生物生態学」ISBN4-254-43085-X C3061"朝倉書店. 229(61-79) (2003)