マメ科植物が窒素の摂り方を切り替える仕組みにメス―土壌中の濃度に応じて遺伝子発現を調節し根粒共生を制御：筑波大学ほか
(2021年4月9日発表)
筑波大学と自然科学研究機構基礎生物学研究所の共同研究グループは4月9日、窒素の栄養が豊富な土壌中ではマメ科植物は窒素を土壌から直接摂取し根粒菌が固定する窒素に頼らなくなるが、窒素摂取のこの切り替えに携わっている因子などを解明したと発表した。マメ科作物の肥料管理の効率化などにつながる成果という。
マメ科の植物は栄養源の窒素が乏しい土壌でも生育できる。これは、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ため。ところが、この根粒共生では植物の光合成産物を根粒菌に提供する必要があり、エネルギーを消費する。
このため、硝酸など窒素栄養が豊富な土壌では窒素栄養を直接取る戦略に切り替えている。しかし、この切り替えの仕組みについては分かっていないことが多かった。
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これまでの研究で、この切り替え制御に関わっているNLPと呼ばれるタイプの転写因子を発見し、NRSYM1と名付けた。このNRSYM1転写因子は、土壌中の硝酸栄養の濃度に応じて標的遺伝子の発現を調節し、根粒共生をコントロールしていることが示唆された。
研究グループは今回、NRSYM1転写因子にたんぱく質の構造が類似したNRSYM2転写因子を新たに同定、この2つの転写因子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見出した。
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た。
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し、NIN転写因子の標的遺伝子の発現を抑制する働きをしている可能性が示唆された。
これらの発見から、「窒素栄養が豊富な環境で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基礎的な知見が得られたとしている。
