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2018年02月05日
根粒菌との共生にかけるマメ科植物のエネルギー節約術 ~窒素栄養に応じて根粒共生を制御する仕組みの発見~

国立大学法人 筑波大学

大学共同利用機関法人自然科学研究機構 基礎生物学研究所

国立研究開発法人 科学技術振興機構(JST)

 

筑波大学 生命環境系 寿崎拓哉准教授(つくば機能植物イノベーション研究センター)、西田帆那(総合研究大学院大学大学院生)らの研究グループは、基礎生物学研究所、東京理科大学との共同研究により、NITRATE UNRESPONSIVE SYMBIOSIS 1(NRSYM1)と名付けた転写因子が土壌中の窒素栄養に応答して根粒共生を抑制することを発見しました。

 

マメ科植物は土壌中の根粒菌と根粒共生を行い、根粒菌の窒素固定によって、窒素栄養が乏しい環境でも大気中の窒素を利用しています。ただし、宿主植物は光合成産物を根粒菌にエネルギー源として供給しなければいけません。そこで宿主植物は、窒素栄養が土壌中に十分に存在する場合には、根粒共生を抑制し、共生に伴うエネルギーの消費を抑えることが知られていましたが、その制御に関わる分子機構の理解は進んでいませんでした。

 

本研究グループは、マメ科のモデル植物であるミヤコグサを用いた突然変異体のスクリーニングによって変異体nrsym1を単離しました。このnrsym1変異体は、野生型植物では根粒共生を抑制するような高濃度の硝酸を添加した条件でも、共生を抑制することができませんでした。このことから変異の原因遺伝子であるNRSYM1遺伝子は、根粒の数を制御するペプチド性シグナル因子CLE-RS2の生産を誘導していて、高濃度の硝酸に応答した根粒共生の抑制を制御する因子であることがわかりました。さらにNIN-LIKE PROTEIN (NLP)と呼ばれるタイプの転写因子をコードすることを特定しました。

 

硝酸による根粒共生の抑制において中心的な役割を果たすと考えられるNRSYM1転写因子の発見は、植物がどのように土壌中の窒素栄養環境に応答して根粒共生を適切に制御しているかという長年解明できなかった問題の理解に向けた重要な基礎的知見を提供するものです。また、NRSYM1の解析から得られた知見は、大豆栽培における肥料管理など、根粒共生を利用した持続可能な農業の実現のためにも役立つことが期待されます。

 

本研究の成果は、2018年2月5日(日本時間19時)付で「Nature Communications」で公開されました。

 

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図. 野生型植物と、窒素栄養が豊富な状況でも根粒を形成するnrsym1変異体の根粒共生。矢じりは未熟な根粒を示す。スケールバー:2 mm

 

 

*本研究は、科学研究費補助金 新学術領域研究 「植物の成長可塑性を支える環境認識と記憶の自律分散型統御システム」の助成によって実施され、国立研究開発法人科学技術振興機構(JST)戦略的創造研究推進事業 総括実施型研究(ERATO)「野村集団微生物制御プロジェクト」の一環で行われました。