根粒菌の共生窒素固定に必須な宿主マメ科植物遺伝子の
発見と機能解明

ポイント

根粒に特異的なマメ科植物遺伝子が、共生する根粒菌の窒素固定酵素の活性中心の形成に直接関与していることを発見。
窒素固定共生における植物・微生物間相互作用の解明に重要な一歩。

概要

愛知教育大学と農業生物資源研究所を中心とする研究チームは、かずさDNA研究所、農業環境技術研究所、名古屋大学、香川大学、基礎生物学研究所と共同で、マメ科モデル植物ミヤコグサから、根粒菌の窒素固定活性の発現に必須な遺伝子FEN1を同定し、この遺伝子が根粒菌の窒素固定酵素（ニトロゲナーゼ）の活性中心の形成に関与していることを突き止めました。

多くのマメ科植物は土壌細菌である根粒菌と共生することによって根に根粒を形成し、そこに共生する根粒菌が固定する空中窒素を利用して生育することができます。根粒菌は土壌中に単生で生息するときには窒素固定能を示すことはなく、宿主マメ科植物と共生することによってはじめて窒素固定活性を発現します。今回私たちは、根粒で特異的に発現する宿主植物遺伝子FEN1が、根粒菌のニトロゲナーゼの活性中心である鉄-モリブデン・コファクターの構成因子、ホモクエン酸の合成酵素をコードしており、この遺伝子の働きによって宿主植物細胞で生成されたホモクエン酸が、共生する根粒菌に供給され、これを利用して、根粒菌が活性のあるニトロゲナーゼを発現するという仕組みを明らかにしました。

この成果により、「なぜ根粒菌は宿主マメ科植物との共生によってのみ高い窒素固定能力を発揮するのか」という重要な問題を解く手がかりが得られました。この成果は、マメ科植物と根粒菌による窒素固定共生系において、植物と共生微生物の間できわめて巧妙なゲノムレベルでの相互作用が働いていることを具体的に示すものであり、窒素固定共生系の成り立ちと進化の道筋を解明する上で重要な学術的成果であるばかりでなく、共生窒素固定の有効利用、さらには非マメ科植物への共生窒素固定能の拡大という目標に向かっての基礎知見となるものと期待されます。

この成果の概要は、英国科学雑誌「ネイチャー」の2009年11月26日号（英国時間）で公開される予定です。

予算：

科学技術振興調整費（科学技術連携施策群）「植物・微生物間共生におけるゲノム相互作用」(H19～21年度)

参考資料 [PDF:410キロバイト]

Hakoyama T, Niimi K, Watanabe H, Tabata R, Matsubara J, Sato S, Nakamura Y, Tabata S, Li J, Matsumoto T, Tatsumi K, Nomura M, Tajima S, Ishizaka M, Yano K, Imaizumi-Anraku H, Kawaguchi M, Kouchi H, Suganuma N (2009)
Host plant genome overcomes the lack of a bacterial gene for symbiotic nitrogen fixation
Nature 462, 514-517 (26 November 2009) | doi:10.1038/nature08594; Received 24 September 2009; Accepted 19 October 2009

問い合わせ先など

研究責任者	国立大学法人愛知教育大学教育学部自然科学系教授	菅沼教生
電話：０５６６－２６－２６４７
共同研究者	(独)農業生物資源研究所植物科学研究領域特任上級研究員	河内　宏
電話：０２９－８３８－８３８２
研究担当者	(独)農業生物資源研究所植物・微生物間相互作用研究ユニット特別研究員	箱山雅生
広報担当者	国立大学法人愛知教育大学広報室長	中原道文
電話：０５６６－２６－２７３８
	(独)農業生物資源研究所広報室長	新野孝男
電話：０２９－８３８－８４６９

【掲載新聞】 11月26日木曜日：日刊工業新聞、12月9日月曜日：化学工業日報、平成22年1月15日金曜日：科学新聞

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