エンドファイト窒素固定能の機能実体特定とその世代間伝達

内生菌固氮能力功能实体鉴定及其代际传递

基本信息

批准号：
22K18346
负责人：
矢野勝也
金额：
$ 16.64万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18346/
关键词：
サツマイモエンドファイト窒素固定安定同位体

项目摘要

通常作物の生育は窒素肥料に強く依存するが、高い窒素固定能を有するサツマイモはその例外である。この窒素固定能は植物細胞間隙に生息する細菌(エンドファイト)によると考えられており、ニトロゲナーゼ遺伝子をゲノム上に保有する細菌がサツマイモ体内から多数検出されている。しかし、培養可能な細菌だけ単離・増殖・接種しても、本来の高い窒素固定能を再現できない。この結果は培養困難な細菌が真の機能実体である可能性を示唆する。本研究では、サツマイモ体内で高い窒素固定能を実際に発現した細菌を培養に依存することなく直接可視化して特定し、特定した細菌の挙動を追跡する。サツマイモに適用する前に、根粒で窒素固定することがわかっているダイズを用いて、地下部に15N2ガスを供与した後、根粒中の根粒菌に15Nが検出されるかどうかを検証した。その結果、ラマン顕微鏡を用いることで、根粒磨砕液中の根粒菌に15Nを検出することができ、この方法論が有効であることを確認できた。次に、塊根を発育させたサツマイモ根系に15N2ガスを供与し、細根・塊根からの抽出液を得た。これら抽出液中の細菌では14Nしか検出できなかったものが存在する一方で、一部の細菌には15Nが検出された。この結果は、ある種の細菌がサツマイモ体内で実際に15N2を固定したことを意味する。

一般情况下，农作物的生长对氮肥的依赖性较强，但具有较高固氮能力的红薯却是个例外。这种固氮能力被认为是由于生活在植物细胞之间的空间中的细菌（内生菌）造成的，并且在甘薯中检测到了许多基因组上携带固氮酶基因的细菌。然而，即使仅分离、培养、接种可培养的细菌，也无法再现原本高的固氮能力。这一结果表明，难以培养的细菌可能是真正的功能实体。在这项研究中，我们将不依赖培养，直接可视化和识别甘薯体内实际上表现出高固氮能力的细菌，并跟踪所识别细菌的行为。在将该方法应用于红薯之前，我们使用大豆在地下施用15N2气体，已知大豆可以在其根瘤中固氮，然后验证是否可以在根瘤中的根瘤菌中检测到15N。结果，通过使用拉曼显微镜，我们能够检测到根瘤研磨液中根瘤菌中的15N，证实了该方法的有效性。接下来，向块根已发育的甘薯根系供给15N 2 气体，获得细根和块根的提取物。虽然这些提取物中有些细菌只能检测到 14N，但在某些细菌中却检测到了 15N。这一结果意味着某种类型的细菌实际上将15N2固定在甘薯体内。