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助成番号 150574
研 究 成 果 報 告 書（国立情報学研究所の民間助成研究成果概要データベース・登録原稿）
研究テーマ（和文） ＡＢ

マメ科植物の根粒機能を制御する宿主転写ネットワークの研究

研究テーマ（欧文） ＡＺ

Transcription networks regulating nodule function of legume plants

研究氏代表名者

ｶﾀｶﾅ ＣＣ姓）ソヤノ名）タカシ

研究期間 Ｂ

２０１５ ～ ２０１６年

漢字 ＣＢ

征矢野敬

報告年度 ＹR

２０１６ 年

Takashi

研究機関名

基礎生物学研究所

ﾛｰﾏ字 ＣＺ Soyano

研究代表者 ＣＤ
所属機関・職名

大学共同利用機関法人 自然科学研究機構 基礎生物学研究所 准教授

概要 ＥＡ (600 字～800 字程度にまとめてください。)

大気窒素を固定するマメ科植物の根粒共生は持続的農業の展開に重要な形質である。根粒の機能発
現には宿主細胞が根粒菌を取り込む仕組みが必要だが、その制御機構の分子的知見は極めて乏しい。
本研究は根粒菌の感染経路（感染糸）の形成に必須な５つの主要転写因子が構成するネットワークの基本骨格を明らかにすることを目的とした。これまでに NSP1/NSP2→CYCLOPS→NIN と言った経路が提唱されており、特にこの経路と５つ目の転写因子である ERN1 との関係を解析した。
ern1 変異体の表現型から、ERN1 は NSP1/NSP2 の下流で CYCLOPS とは独立に機能すると予測したが、各種ミヤコグサ変異体における遺伝子発現を qRT-PCR で解析した結果、ern1 変異体では根粒菌接種に応答した NSP1、CYCLOPS、特に NIN の発現が顕著に抑制されており、 ERN1 の発現は cyclops 変異体で顕著に抑制された。 ERN1 の発現は CYCLOPS 依存的であることから、ERN1 は CYCLOPS の下流であり、CYCLOPS とともに NIN の発現を正に制御することが分かった。この結果は、GUS レポーターを用いた組織化学的な発現解析の結果とも一致しており、特に表皮における根粒菌の感染糸の形成時に作用すると考えられる。また、NIN の異所的発現は cyclops 変異体の感染不全を抑制するのに十分であったが、ern1 変異体の感染不全は部分的にしか抑制しなかった。そのため、ERN1 は単に NIN の発現を制御しているばかりでなく、CYCLOPS とは独立に他の機能を持つと考えられる。 ern1 変異体では各種転写因子遺伝子の発現が抑制されたこと、NIN は nsp1 変異体を抑圧できないことなどから、ERN1 のもう一つの機能として、正のフィードバック経路の存在が考えられた。今後、これらの発見の検証と詳細な解析がさらに必要と考えられる。

キーワード ＦＡ

根粒共生転写因子

ミヤコグサ（以下は記入しないでください。）
助成財団ｺｰﾄﾞ ＴＡ

研究課題番号 ＡＡ

研究機関番号 ＡＣ

シート番号- 1 -感染糸発表文献（この研究を発表した雑誌・図書について記入してください。）
論文標題ＧＢ雑誌

著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ
論文標題ＧＢ

雑誌

Function and evolution of a Lotus japonicus AP2/ERF family transcription factor thatis required for development of infection threads
Yano K, Aoki S,
雑誌名 ＧＣDNA Research
Liu M, Umehara Y,
doi:
SuganumaN,
発行年 ＧＥ
201
6
巻号 ＧＤ
In press
10.1093/dnares/dsw05
Iwasaki W, Sato S,
2.
Soyano T, Kouchi
H, Kawaguchi M.

著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ

雑誌名 ＧＣ～発行年 ＧＥ

巻号 ＧＤ

論文標題ＧＢ
雑誌

著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ

雑誌名 ＧＣ～発行年 ＧＥ

巻号 ＧＤ

発行年 ＨＤ

総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

発行年 ＨＤ

総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

著者名 ＨＡ
図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ
著者名 ＨＡ

図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ

欧文概要 ＥＺ
Root nodule symbiosis of legumes enables rhizobia inhabiting host cells to convert dinitrogen into
a form directly available for plant growth, so that it is an important trait for agriculture andecosystems. However, our knowledge of molecular mechanisms underlying establishment of thesymbiosis have been limited yet. This research project aimed to identify basic networks constitutedby major five host transcription factors essential for symbiont infection. So for, a pathway,
NSP1/NSP2→CYCLOPS→NIN, has been proposed; CYCLOPS directly targets NIN promoter downstream ofNSP1/NSP2. Here, relationships between ERN1 transcription factor and components of the proposed
pathway were investigated.
qRT-PCR analyses showed that ERN1 activation in response to the infection required CYCLOPS
but was not significantly influenced by an nsp1 mutation. In ern1 mutants, NIN expression was remarkablyrepressed. Thus, ERN1 is a factor downstream of CYCLOPS, and involved in NIN expression together withthe later protein. This notion was consistent with expression patterns of promoter-GUS reporters foreach transcription factor gene at infection sites in the root epidermis. Further, NIN ectopic expression
recovered an infection-deficient phenotype of cyclops mutants, but only partially rescued the ern1
phenotype. This result suggested that ERN1 also function independently of CYCLOPS. Since NSP1 and CYCLOPS
expression was modulated in ern1 mutants and NSP1 promoter has putative ERN1 target sites, ERN1 may
regulate the symbiotic transcription pathway though a positive feedback regulation.

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