Elucidation of the function of reactive sulfur species in root nodule symbiosis

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ミヤコグサ-根粒菌の根粒共生中に産生される活性イオウ分子種（RSS）の役割解明を目指し、本年度は、RSS産生酵素の共生への関与について主に検討した。これまでに哺乳動物や大腸菌でRSS産生に寄与することが報告されてきた、シスタチオニンγリアーゼ（CSE）が変異した根粒菌の共生表現型を評価した。CSE変異株の着生根粒は野生型と比べ、ニトロゲナーゼ活性が低かった。また、感染細胞の崩壊や、老化関連遺伝子の発現上昇が早期に観察された。感染細胞内のRSS量について検討したところ、サルフェン硫黄や硫化水素等のRSSが、野生株と比べ変異株の着生根粒で少なかった。一方で、活性酸素種（ROS）量は変異株の着生根粒で多かった。これらの結果から、共生根粒菌のCSEが根粒中のRSS産生に寄与していることが見出された。さらに、正常なRSS産生によるROS量の制御が、共生確立に寄与している可能性が示された。根粒中の硫黄代謝産物をサルファーインデックス解析により68化合物について解析したところ、28化合物が根粒から検出された。検出された硫黄化合物にはRSSに該当する分子も含まれ、特にシステインおよびグルタチオンの過硫化物が変異株の着生根粒で減少していた。また、アミノ酸プロファイルも変動しており、硫黄代謝の異常が幅広いアミノ酸代謝に影響する可能性が示唆された。根粒共生におけるCSEの役割についてさらに評価するため、CSE阻害剤（D,L-プロパギルグリシン、β-シアノ-L-アラニン、D-ペニシラミン）処理が共生に及ぼす影響についても検討した。ミヤコグサ根圏のCSE阻害剤処理は、根粒と感染糸の形成を阻害した。同時に、根ではRSS量が減少し、ROS量が増加した。これらの結果から、CSEによるRSS産生があらゆる共生過程に関与していること、また、RSSが他の活性分子種とクロストークしている可能性が示唆された。