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。