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2020.03.03 
マメ科植物と根粒菌の共生に関わる重要な遺伝子を発見一覧へ

 農研機構は、理化学研究所、日本大学生物資源科学部、東北大学、かずさDNA研究所との共同研究で、マメ科植物と根粒菌の共生に関わる重要な遺伝子を発見した。

(上段)根粒菌接種後4週間のapn1変異体の様子。スケールバー:2cm。(下段)apn1変異体の根粒 窒素は植物の生育にとって必須養分。大気中に大量に存在する窒素を植物が直接利用することはできないが、マメ科植物の根に住みつく土壌細菌「根粒菌」は、空気中の窒素をアンモニアに変え、マメ科植物に供給する共生窒素固定という働きがある。一方、根粒菌の中には、マメ科植物に住みつくが、窒素固定をほとんど行えない「不良根粒菌」がある。

 今回の共同研究では、窒素固定の低下を引き起こす原因となる根粒菌の遺伝子と、その効果を打ち消すマメ科植物の遺伝子を発見した。
 共同研究チームは、マメ科のモデル植物であるミヤコグサを用いて、不良根粒菌とミヤコグサの共生に関わる遺伝子について解析。その結果、ミヤコグサの突然変異体と、この変異体でほとんど窒素固定を行えない根粒菌株の解析から、窒素固定の低下を引き起こす根粒菌の遺伝子(DCA1遺伝子)と、その影響を打ち消して窒素固定を可能にするミヤコグサの遺伝子(APN1遺伝子)を発見した。

 これにより、共生に不適な根粒菌株に対しても正常な窒素固定活性をできるようにする宿主植物の共生戦略を初めて明らかにした。DCA1遺伝子を発現する根粒菌とマメ科植物の相性を改善し、共生窒素固定の利用効率を向上させる技術の開発につながることが期待される。

 同成果は米国の科学雑誌「PNAS」のオンライン版で1月3日に発表された。
 

(写真:(上段)根粒菌接種後4週間のapn1変異体の様子。スケールバー:2cm。(下段)apn1変異体の根粒)

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