温室効果ガス低減を目指したダイズ根粒菌N20還元過程遺伝子群の制御機構の解明

阐明大豆根瘤菌N20还原过程基因减少温室气体排放的调控机制

基本信息

批准号：
12F02398
负责人：
南澤究
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012 至 2014
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12F02398/
关键词：
温室効果ガス脱窒 N20還元酵素根粒菌硝酸還元酵素 nasST N_2O還元酵素

项目摘要

N2Oは強力な温室効果ガスであると共に、オゾン層破壊の原因物質でもある。植物根圏はN2O発生源の一つであり、私たちのグループはDNA校正機能を低下させたダイズ根粒菌Bradyrhizobium japonicumから、突然変異によりN2O還元酵素(N2OR)活性の上昇したNos強化株を作出し、N2O削減効果を実証してきた。しかし、Nos強化株におけるN2OR活性上昇の原因は不明であったため、本研究ではその原因解明を行ってきた。昨年度まで、(1)bll4572(nasS)遺伝子の変異がNos強化株におけるN2OR活性上昇の原因であること、(2)本遺伝子はB. japonicumの脱窒系においてnosZだけでなくnapAの転写制御に関与している新規転写制御因子であること、(3)NasTタンパク質による根粒菌脱窒の遺伝子発現促進をnasS産物が負に制御することが明らかとなった。本年度は、まずnasST介在nosZ遺伝子発現誘導の硝酸濃度プロファイル解析を行った。種々の濃度の硝酸および亜硝酸添加条件下のnosZおよびnapEの遺伝子発現の比較を行ったところ、細胞レベルのNasSTシステムの硝酸感受の臨界濃度は、50uM付近であり、ダイズ根圏における硝酸濃度より高いことが分かった。したがって、植物根圏において、NasS変異によりN2O還元酵素活性を上昇させられる科学的根拠が明らかとなった。また、次世代シーケンサーを用いたnasST変異体の網羅的な遺伝子発現解析の準備を行った。具体的には、野生株およびnasS変異株を好気条件で培養した細胞からRNAを抽出後、cDNAを作成し、次世代シーケンサーのRNA-seqによる発現解析系を確立した。

N2O 是一种强效温室气体，也是造成臭氧层破坏的原因之一。植物根际是N2O的来源之一，我们课题组通过突变大豆根瘤菌Bradyrhizobium japonicum，培育出N2O还原酶（N2OR）活性增强的Nos富集菌株，该菌株的DNA校对功能降低，并已证明其N2O的校对功能。减少效果。然而，Nos 富集菌株中 N2OR 活性增加的原因尚不清楚，在本研究中，我们旨在阐明其原因。直到去年，我们得出结论：(1) bll4572 (nasS) 基因的突变是 Nos 富集菌株中 N2OR 活性增加的原因，(2) 该基因不仅参与 nosZ 的转录控制，还参与 nosZ 的转录控制。 B. japonicum 反硝化系统中的napA (3) nasS 产物被发现对NasT 蛋白促进根瘤菌反硝化基因表达产生负调控。今年，我们首先分析了 nasST 介导的 nosZ 基因表达诱导的硝酸盐浓度概况。比较不同硝酸盐和亚硝酸盐添加浓度下nosZ和napE的基因表达，发现NasST系统在细胞水平上硝酸盐敏感性的临界浓度在50 uM左右，高于大豆根际的硝酸盐浓度结果很贵。因此，阐明了通过NasS突变提高植物根际N2O还原酶活性的科学依据。我们还准备使用下一代测序仪对 nasST 突变体进行全面的基因表达分析。具体来说，从有氧条件下培养的野生型细胞和nasS突变细胞中提取RNA后，我们创建了cDNA，并使用下一代测序仪使用RNA-seq建立了表达分析系统。

项目成果

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The nitrate-sensing NasST system regulates nitrous oxide reductase and periplasmic nitrate reductase in Bradyrhizobium japonicum.

硝酸盐感应 NasST 系统调节日本慢生根瘤菌中的一氧化二氮还原酶和周质硝酸盐还原酶。

DOI：
10.1111/1462-2920.12546
发表时间：
2014
期刊：
Environmental Microbiology
影响因子：
5.1
作者：
Sanchez;C.;M. Itakura;T. Okubo;T. Matsumoto;H. Yoshikawa;A. Gotoh;M. Hidaka;T. Uchida;and K. Minamisawa.
通讯作者：
and K. Minamisawa.

A novel regulation system for transcription of nos genes in Bradyrhizobium japonicum

日本慢生根瘤菌 nos 基因转录的新型调控系统

DOI：
发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
0
作者：
Cristina Sanchez;Manabu Itakura;Hisayuki Mitsui;Kiwamu Minamisawa
通讯作者：
Kiwamu Minamisawa

Linked expression of nap and nos genes in a Bradyrhizobium japonicum mutant with increased N_2O reductase activity.

日本慢生根瘤菌突变体中nap和nos基因的连锁表达，N_2O还原酶活性增加。

DOI：
10.1128/aem.00703-13
发表时间：
2013
期刊：
Appl. Environ. Microbiol.
影响因子：
0
作者：
Sanchez C;Itakura M;Mitsui H;Minamisawa K.
通讯作者：
Minamisawa K.

N2O還元能が強化された根粒菌及びN2Oの除去方法

增强N2O还原能力的根瘤菌及其去除N2O的方法

DOI：
发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Anovel regulation system for transcription of nos and nap genes in Bradyrhizobium japonicum

日本慢生根瘤菌nos和nap基因转录的新型调控系统

DOI：
发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
0
作者：
Cristina Sanchez;Manabu Itakura;Hisayuki Mitsui;Kiwamu Minamisawa
通讯作者：
Kiwamu Minamisawa

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通讯作者：
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通讯作者：
南澤究