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

阐明活性硫物种在根瘤共生中的功能

• 批准号: 20J01224
• 负责人: 福留 光挙
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Kagawa University (2021)National Institute for Basic Biology (2020)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J01224/
• 关键词: 活性イオウ分子種; 硫黄代謝; 根粒共生; ミヤコグサ; 根粒菌; 植物微生物間相互作用; 活性分子種

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。

This year, we will continue to investigate the relationship between the production of active molecular species (RSS) and the symbiosis of RSS production enzymes. This is a report on the symbiotic phenotype of mammalian Escherichia coli. CSE mutant plants have lower activity than wild-type plants. The early detection of infection, cell breakdown, and the emergence of age-related genes The amount of RSS in infected cells is less than that in wild plants, such as sulfur sulfide and so on. A square, active acid species (ROS) amount varies from plant to plant root grains. The result of this study is that the RSS production in the root grains of CSE and root grains is transmitted to the root grains. The possibility of ROS production control, symbiosis establishment and normal RSS production is shown. Analysis of sulfur metabolites in root grains: 68 compounds, 28 compounds The sulfur compounds detected in RSS were reduced in the presence of persulfide compounds that contain specific sistatin and glucagon in these molecules, which are the root nodules of different plants. The possibility of abnormal metabolism of sulfur and its influence on acid metabolism is also discussed. CSE inhibitors (D,L, β, L, D) are used to treat symbiosis and influence of CSE. The CSE of the root system is prevented by the formation of root particles and infection systems. At the same time, the amount of RSS decreased and the amount of ROS increased. The possibility of RSS production is shown in the following table.

项目成果

ヘムタンパク質の科学

血红素蛋白科学

• 发表时间: 2022
• 作者: 城 宜嗣;青野 重利;齋藤 正男
• 通讯作者: 齋藤 正男

活性イオウ分子種の根粒共生への関与~根粒共生のなかで活性イオウ分子種はどのように産生されどんな機能を示すのか~

活性硫分子物种参与根瘤共生〜活性硫分子物种是如何产生的以及它们在根瘤共生中表现出什么功能？

• 发表时间: 2021
• 作者: 福留光挙;下川友太;内海俊樹;川口正代司
• 通讯作者: 川口正代司

NO除去能を増強したミヤコグサ根粒菌の共生表現型に関する研究

增强NO清除能力的莲藕根瘤菌共生表型研究

• 发表时间: 2021
• 作者: 下川友太;福留光挙;前迫優輔;橋本駿;内海俊樹
• 通讯作者: 内海俊樹

活性イオウ分子種はミヤコグサの根粒共生に関与する

活性硫分子种类参与莲花根瘤共生

• 发表时间: 2020
• 作者: Takegaki J;Sase K;Yasuda J;Shindo D;Kato H;Toyoda S;Yamada T; Shinohara Y;Fujita S.;村上 光，佐藤 佑，岡部弘基，船津高志;福留 光挙，下川 友太，内海 俊樹，川口 正代司
• 通讯作者: 福留 光挙，下川 友太，内海 俊樹，川口 正代司

根粒菌の一酸化窒素制御がマメ科植物との根粒共生に及ぼす影響~hmp遺伝子の導入による根粒菌のNO制御能強化は根粒共生の強化に寄与するか~

根瘤菌一氧化氮控制对根瘤菌与豆科植物共生的影响~通过引入hmp基因增强根瘤菌对一氧化氮的控制能力是否有助于加强根瘤共生？

• 发表时间: 2021
• 作者: 福留光挙;下川友太;内海俊樹
• 通讯作者: 内海俊樹