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プレスリリース概要

2021.04.09

マメ科植物の栄養環境適応戦略 〜窒素栄養に応答して遺伝子発現を調節する仕組み〜

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)

マメ科植物は窒素栄養の乏しい土壌でも生育できます。根に根粒と呼ばれる器官を形成して根粒菌と共生し、根粒菌が固定した大気中の窒素を利用できるからです。根粒共生と呼ばれる現象ですが、共生を成立させるために植物は、光合成産物を根粒菌に供給する必要があります。そこで植物は、硝酸など窒素栄養が豊富な土壌では窒素栄養を直接得る戦略に切り替え、根粒共生に伴う不必要なエネルギーの消費を防いでいます。しかし、この仕組みの大部分はいまだに未解明のままでした。

本研究グループはマメ科のモデル植物ミヤコグサを用いた研究で、特定のDNA配列と結合して遺伝子の発現を調節する二つのタンパク質(NLP転写因子)NRSYM1とNRSYM2が、硝酸の濃度に応じて遺伝子の発現を制御する主要な因子であることを明らかにしました。

また、根粒を作る働きを持つNINと呼ばれる転写因子の標的遺伝子の発現の多くは、NRSYM1転写因子とNRSYM2転写因子の働きによって抑制されることを突き止めました。さらに、硝酸が豊富な条件下では、NRSYM1転写因子がNIN転写因子と相互作用をすることで、NIN転写因子の標的遺伝子の発現が抑制される可能性も新たに示唆されました。

これらの発見により、転写因子を介した植物の遺伝子発現制御の基本的な仕組みの理解が深まるとともに、「窒素栄養が豊富な環境で植物はどのようにして根粒共生をやめるのか」という問いに答える重要な基礎的知見を提供することができました。

本研究成果は、根粒共生の進化基盤の解明や、大豆に代表されるマメ科作物の効率的な肥料管理など、持
続可能な農業の実現に貢献することが期待されます。

fig2.jpg図. 硝酸栄養に応答した遺伝子発現制御モデル

【研究代表者】 
筑波大学生命環境系
壽崎 拓哉 准教授

【掲載論文】
題名:Different DNA-binding specificities of NLP and NIN transcription factors underlie nitrate-induced control of root nodulation.
(NLPとNIN転写因子のDNA結合特異性の違いが硝酸による根粒形成抑制の基礎をなす)
著者名:Hanna Nishida1,#, Shohei Nosaki1,#, Takamasa Suzuki2, Momoyo Ito1, Takuya Miyakawa3, Mika Nomoto4, Yasuomi Tada4, Kenji Miura1, Masaru Tanokura3, Masayoshi Kawaguchi5, and Takuya Suzaki (#Co-first author)
西田帆那1,#、野崎翔平1,#、鈴木孝征2、壽崎(伊藤)百代1、宮川拓也3、野元美佳4、多田安臣4、三浦謙治1、田之倉優3、川口正代司5、壽崎拓哉1#共同第一著者)
1Faculty of Life and Environmental Sciences, University of Tsukuba(筑波大学生命環境系),College of Bioscience and Biotechnology, Chubu University(中部大学応用生物学部),3Graduate School of Agricultural and Life Sciences, The University of Tokyo(東京大学大学院農学生命科学研究科),4Center for Gene Research, Nagoya University(名古屋大学遺伝子実験施設),5Division of Symbiotic Systems, National Institute for Basic Biology(基礎生物学研究所共生システム研究部門)
掲載誌:The Plant Cell
掲載日:2021年4月7日
DOI:10.1093/plcell/koab103