2019 Fiscal Year Annual Research Report
Co-evolution between bradyrhizobia and plants: Experimental evolution of rhizobia and endophytes
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18H02112
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
南澤 究 東北大学, 生命科学研究科, 特任教授 (70167667)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三井 久幸 東北大学, 生命科学研究科, 准教授 (40261466)
菅原 雅之 東北大学, 生命科学研究科, 助教 (90742776)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 根粒菌 / エンドファイト / 窒素固定 / エフェクター誘導性免疫 / 実験室進化 / ブラディリゾビウム属 / ダイズ / ソルガム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(i) Bradyrhizoboium属根粒菌の共生アイランドの動的進化の解明：昨年度は根粒菌と宿主ダイズのRj2共生不和合性による挿入配列が介在する欠失について徹底的に検討を行った。本年度は、根粒菌共生アイランド上における挿入配列が介在する欠失が、宿主植物根圏で生成しているのか、それとも通常の培養過程（自由生活の細胞分裂過程）で生成しているのか明らかにすることを目標とした。そのために、Rj2共生不和合性株であるBradyrhizoboium diazoefiiciens USDA122株のrhc遺伝子群の遺伝子間にマーカーカセットを挿入した122S1株を作成し、培養過程における挿入配列介在型欠失の生成について検討した。Negative選抜マーカーSacBとPositive選抜aadAを導入したマーカーカセットを使用したところ、スクロース培地により第１回の選抜後、抗生物質感受性試験を経ることによりISの相同組換えによる欠失株を多数獲得することに成功した。
(ii) Bradyrhizobium属の窒素固定エンドファイトと根粒菌の共有進化：共生アイランドとゲノムコアの両方にnif遺伝子群を持つハイブリッド型の探索を目指して、昨年度収集した圃場生育ソルガム根由来のBradyrhizobium属細菌を対象に、それらのゲノム解析と窒素固定能様式の解析を行った。その結果、供試した45株のBradyrhizobium属細菌は共生窒素固定能をもつ「根粒菌型」、自由生活条件で窒素固定を行う「自由生活窒素固定型」、そしてどちらの条件でも窒素固定を行わない「非窒素固定型」３つの窒素固定様式に分類された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
(i) Bradyrhizoboium属根粒菌の共生アイランドの動的進化の解明
Rj2共生不和合性株であるBradyrhizoboium diazoefiiciens USDA122株のrhc遺伝子群の遺伝子間にSacB/aadAの複合マーカーカセットを挿入した122S1株を作成し、培養過程における挿入配列(IS)介在型欠失の生成について検討した(SacB選抜)。予備実験において、122S1株の５日培養液から32株のスクロース耐性株が得られ、そのうち21株(66%)が共生アイランドにおいてIS介在型の欠失が起っていた。同様の方法で96株のスクロース耐性株から得られたIS介在型の欠失株の出現頻度は約0.1%と予想より高いものであった。この結果より、IS介在型欠失は、培養過程で確率的に生成され、その後Rj2ダイズにより選抜されたと考えられた。そこで、SacBシステムとRj2システムで得られたIS介在型欠失のパターンを比較したところ、両者で共通なパターンだけでなく、ISBj2介在型欠失株などSacBシステムに特有なパターンが見られた。
(ii) Bradyrhizobium属の窒素固定エンドファイトと根粒菌の共有進化
ソルガム根由来の45株のBradyrhizobium属細菌は共生窒素固定能をもつ「根粒菌型」、自由生活条件で窒素固定を行う「自由生活窒素固定型」、窒素固定を行わない「非窒素固定型」３つの窒素固定様式に分類された。
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| Strategy for Future Research Activity |
(i) Bradyrhizobium属根粒菌の共生アイランドの動的進化の解明
sacBシステムとRj2システムの比較を行う過程で、根粒菌共生アイランド上の挿入配列介在型欠失実験を行った結果、当初の予想に反し、sacB選抜とRj2ダイズ選抜の欠失パターンが異なっていることが明らかとなった。研究遂行上、この現象の本質を見極めることが不可欠であることから、当該変異体のゲノム解析や共生表現型のデータの比較を追加で翌年度実施する必要が生じた。また、共生アイランドのモザイク状の変化は、欠失型変化のみでなく獲得型の変化が起きていないと説明がつかず、共生アイランド内の獲得型変化の検討を行う。
(ii) Bradyrhizobium属の窒素固定エンドファイトと根粒菌の共有進化
本年度に、前作が異なる複数の土壌を用いてソルガムおよびダイズを栽培した。この材料を用いて、Bradyrhizobium属細菌の菌叢解析と分離を行い、共生アイランドとゲノムコアの両方にnif遺伝子群を持つハイブリッド型の探索を行う。
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