自然科学研究機構 基礎生物学研究所
マメ科植物は、窒素固定細菌（根粒菌）を細胞内に取り込むことでコブ状の共生器官「根粒」を形成します。この現象は根粒共生と呼ばれ、マメ科植物はこの共生により大気中の窒素を栄養素として効率よく利用できます。今回、基礎生物学研究所の後藤崇支 大学院生（総合研究大学院大学、日本学術振興会特別研究員DC2）、征矢野敬 准教授、森友子 技術班長、川口正代司 教授らは、根粒共生の成立過程において、植物ホルモンの１種であるオーキシン（インドール-3-酢酸：IAA）がメチル化されることが、共生成立に重要であることを発見しました。
これまでに、オーキシンのメチル化酵素であるIAMT1はシロイヌナズナ（非マメ科植物）の葉や茎の成長に関わることが知られていましたが、根での機能は不明でした。本研究では、表皮感染を介した根粒共生を進化の過程で獲得したマメ科植物においてIAMT1が遺伝子重複により２つ存在していること、そして、その片方の遺伝子（
IAMT1aと命名）が根粒菌感染によってミヤコグサ
（注１）の根の表皮で誘導されることを発見しました。
IAMT1aの機能をRNAi法により抑制すると、直下の皮層で起こる根粒形成が抑制されました。これにより、オーキシンのメチル化が、根粒の形成に必要とされることが明らかとなりました。
また、オーキシン (IAA) のメチル化産物であるMeIAAをミヤコグサの根に与えると、根粒共生の鍵遺伝子である
NINの発現が誘導されました。この結果は、共生におけるMeIAAの重要性を示すものです。シロイヌナズナ等で得られた知見から、これまでオーキシンのメチル化は、オーキシンの機能を不活性化するものであると考えられてきました。しかし本研究により、根粒共生の成立過程において、オーキシンメチル化は単なる不活性化とは異なる機能を持っていることが示されました。
本研究成果は、2022年3月2日付けで米国科学アカデミー紀要（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America）誌に掲載されました。
図 オーキシンのメチル化
オーキシンメチル化酵素（IAMT1）によって、オーキシン（IAA）はIAAメチル(MeIAA)へと変換（メチルエステル化）されます。本研究は、根粒菌の感染によって誘導されるオーキシンのメチル化が、根粒の形成に重要であることを明らかにしました。
注１）ミヤコグサ：マメ科植物の遺伝子機能を探るためのモデル植物。
（左より）研究チームの川口正代司 教授、後藤崇支 大学院生、森友子 技術班長、征矢野敬 准教授
