関西学院大学 研究活動情報

Kwansei Gakuin University Research Activities

赤松明・生命環境学部助教による植細胞内共生の制御する植物膜脂質機能の理解についての研究
Function of lipid membranes in bacterial endosymbiosis

2024.03.30

個人研究 Individual Research

 進化の過程で、マメ科植物は窒素固定細菌・根粒菌と相利共生を行うことで窒素源を得る能力を獲得してきた。この共生において、根粒菌の過剰な感染は宿主植物の生長を阻害する。そのため、マメ科植物は根粒菌感染(受入れ)システムと並列して、根粒着数最適化のための根粒菌感染抑制システムも有している。本研究において、赤松明・助教らは、根粒菌感染抑制システムが細胞膜グリセロ脂質であるフォスファチジルイノシトール(PI)によって制御されていることを明らかにし、その抑制メカニズムを明らかにした。
 本研究では、根粒菌感染時に発現量が上昇するPITP-like protein (PLP)遺伝子の機能欠損変異体において、根粒菌の感染が顕著に増加することを発見したことが研究のきっかけとなった。また、フォスファチジルイノシトールリン酸化タンパク質(PIP kinase)をコードする遺伝子の機能欠損変異体においても同様の表現型が認められた。質量分析によるPIの定量の結果、根粒菌感染時の宿主植物の根において、PLPおよびPIP kinase依存的にPIが蓄積していることが明らかとなった。さらに、PIの詳細な動態を観察するために、生きた宿主根においてPIの動態を観察することができる蛍光マーカーを用いた解析を行い、根粒菌感染が失敗している細胞ではPIが多く蓄積しており、根粒菌感染が成立している細胞ではPIの蓄積が抑制されていることを明らかにした。本研究により、根粒菌の侵入の制御にはPIが重要な機能を果たしていることが明らかとなり、赤松・助教らは、今後の研究においてPIの細かな機能や、根粒共生がマメ科植物との間で成立した理由をPIに着目しながら明らかにしていく方針である。
 
 Legume plants have acquired the ability to obtain nitrogen sources through symbiosis with nitrogen-fixing bacteria, rhizobia. In this symbiosis, excessive infection of rhizobia inhibits the growth of the host plants. Therefore, suppression system of a rhizobial infection to optimize the number of rhizobia is important. In this study, Akira Akamatsu and his colleagues revealed that the rhizobial infection suppression system is regulated by phosphatidylinositol (PI), a plasma membrane glycerolipid, and clarified its suppression mechanism.
 In this study, Dr. Akamatsu and his colleagues focused on PITP-like protein (PLP), which encodes a transport protein for PI whose expression is up-regulated during rhizobial infection. In the mutants of PLP rhizobial infection was increased and failed to induce accumulation of PI. Observation of PI using a fluorescent marker in rhizobia-infected roots found that the ectopic accumulation of PI is closely related to the suppression of rhizobial infection. Based on these findings, Dr. Akamatsu and his colleagues conclude that there is a rhizobial infection inhibitory pathway that acts by the accumulation of PI and they suppress rhizobial infection to maintain optimal infection levels.
 
戻る
back