根粒菌の働きを可視化―化学肥料低減へ期待：農業・食品産業技術総合研究機構
(2023年9月5日発表)
（国）農業・食品産業技術総合研究機構は9月5日、ダイズなどのマメ科植物の根に住み着いて大気中の窒素を固定する根粒菌（こんりゅうきん）の働きを可視化する技術を開発、世界で初めて土壌中で両者が共生関係を築いていく様子を観察したと発表した。マメ科植物と根粒菌の相互作用の解明が進めば、化学肥料の使用量低減や温室効果ガスの削減に向けた根粒菌の効率的な利用技術の開発につながる。
開発したのは、根を土から掘り起こすことなく観察できる植物栽培装置。透明なアクリル板で作った薄い箱に土を入れて植物を育て、根が成長する様子をアクリル板越しに観察できるようにした。
さらに、遺伝子技術を用いて蛍光（けいこう）遺伝子を根粒菌のたんぱく質に組み込み、自ら赤と緑に発光する二種類の根粒菌を作成。これらの根粒菌を感染させたマメ科植物を新開発の植物栽培装置で育てて根粒菌が根と共生していく様子を、蛍光顕微鏡で連続的に観察できるようにした。
実験では、遺伝子技術で赤と緑の蛍光を発するようにした二種類の根粒菌を混合してダイズに接種した。その結果、これらの根粒菌が土壌中で競合しながらダイズの根に感染して共生していく様子を、リアルタイムで追跡しながら観察することに成功した。また、マメ科のミヤコグサを用いた実験では、根粒菌の感染に呼応するように土壌中の根に植物の生長を制御する植物ホルモン「オーキシン」が蓄積していく様子をリアルタイムでとらえることもできた。
農研機構は今後、新開発の可視化技術を用いて優良菌と土着菌の感染競合を解析して「優良菌が感染競合に敗れてしまう理由を解明、共生能力を効率的に利用する技術の開発に活かしていきたい」と話している。
「リゾフレームシステム」により、赤色の蛍光たんぱく質(DsRed)を発現するダイズ根粒菌が土壌中のダイズの根に感染する様子を追跡観察した。土の中で根粒(矢尻:△)が発達していく様子や、根粒菌(赤色)の根表面への付着や根粒内部への侵入を連続して観察することができた。
(画像提供：農研機構)
