根粒菌の植物共生能に関与する大規模なゲノム再編成メカニズムの解明

阐明根瘤菌参与植物共生能力的大规模基因组重排机制

基本信息

批准号：
22KJ3119
负责人：
原沙和
金额：
$ 2.83万
依托单位：
National Agriculture and Food Research Organization
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ3119/
关键词：
遺伝子水平伝播根粒菌適応進化比較ゲノム

项目摘要

マメ科植物に共生する根粒菌のゲノムには共生に必須な遺伝子が集まる「共生アイランド(SI)」領域が存在し、SIは水平伝播により獲得される。Bradyrhizobium属は根粒菌として知られるが、土壌や非マメ科植物根でも普遍的に棲息し、宿主環境により適応的なゲノム構造は異なると考えられる。本年度では、非マメ科植物ソルガムに内生する当属細菌に着目し、分離株のゲノム情報からゲノム構造の特徴、SIの保存性、SI転移痕跡の有無を明らかにした。また、SI欠失・獲得現象のモニタリングのための蛍光標識株の設計および予備試験を開始した。ソルガム根から分離された当属細菌のゲノム解析を行なったところ、ソルガム内生菌はほとんど（36分離株中35株）SIを持たないことが明らかになった。したがって非マメ科植物根ではSI非保有株が優占化する可能性が示唆された。また選択的に分離されたSI保有株38株と上記分離株を合わせるとB. ottawaense種内において特異的にSI保有・非保有株が混在することが明らかになった。したがって当種では非マメ科植物根圏において、これまで考えられてきたよりも高頻度でSIの水平伝播が起こっていると考えられた。さらに一部のSI非保有株にはSI近傍にSI転移痕跡様配列（tRNA部分反復配列）が存在することが明らかになった。以上を踏まえてB. ottawaense分離株(SI保有、非保有それぞれ11株)を用いて、植物根圏での動態解析の予備試験を行なった。SI保有、非保有株を特異的に検出するプライマーを設計し、qPCRにより検出できることを確かめた。またB. ottawaense SG09を用いて、蛍光(DsRed, GFP)標識株の設計を行なった。

共生植物中共生的根瘤菌基因组，在该植物中收集了共生（SI）必不可少的基因，并通过水平传播获得SI。 Bradyrhizobium属被称为根瘤菌，但在土壤和非葡萄糖根中被普遍发现，被认为具有不同的适应性基因组结构，具体取决于宿主环境。今年，我们专注于这种细菌，内源形成了非乳状植物高粱，并揭示了基因组结构的特征，SI的保护以及是否从分离株的基因组信息中有SI转移的痕迹。我们还开始设计和初步测试荧光标记的菌株，以监测SI缺失和采集现象。从高粱根分离的该属细菌的基因组分析表明，大多数内生细菌（36个分离株中的35种）没有Si。因此，已经提出，非乳腺植物的根可能占主导地位的含菌株。此外，当将有选择的分离性的38个SI饲养菌株和上述分离株组合在一起时，据显示，渥太华芽孢杆菌种类中存在特定的Si饲养和非含有菌株的混合物。因此，人们认为水平SI传播比以前在非葡萄糖根际中的该物种中更频繁地发生。此外，已经揭示了一些非SI携带菌株在Si附近具有Si转移样序列（tRNA部分重复序列）。基于上述，使用渥太华芽孢杆菌分离株（每种携带Si均携带SI，不携带SI）进行了初步测试，以在植物根际进行动力学分析。设计引物是为了特异性检测SI含量和非含菌株，并确认可以通过qPCR检测到它们。此外，使用B.渥太华SG09来设计标记为菌株的荧光（DSRED，GFP）。