Elucidation of the mechanism of cooperative sulfur metabolism between Lotus japonicus and Mesorhizobium loti.

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ミヤコグサと共生根粒菌の共生中に産生される活性イオウ分子種（RSS）の、分子構造および代謝メカニズムの解明を目指し、研究に取り組んだ。本年度は、RSS産生酵素の共生中の硫黄代謝とアミノ酸代謝への関与について主に検討した。RSS産生酵素として知られる、シスタチオニンγリアーゼ（CSE）、システイニルtRNA合成酵素（CARS）、3-メルカプトピルビン酸硫黄転移酵素（3MST）について、それぞれの遺伝子が変異した根粒菌を用いて、RSS産生量および、硫黄代謝産物量、アミノ酸代謝産物量の変化について検討した。RSS特異的蛍光プローブで根粒切片を処理し根粒内のRSS量を比較した結果、CSE、CARS、3MSTのいずれの変異株が着生した根粒でも、野生型と比べ感染細胞での蛍光強度が弱く、RSS産生量の減少が確認された。サルファーインデックス解析による硫黄代謝産物量の測定では68化合物について解析し、28化合物が根粒から検出された。CSE、CARS、3MSTのいずれの変異株が着生した根粒でも、野生株と比べ複数の硫黄化合物量が変化していることを見出した。また同様に、複数のアミノ酸量も変化していた。これらの結果から、共生根粒菌のRSS産生酵素異常が、宿主植物との共生器官である根粒中でも、RSS産生および、硫黄・アミノ酸代謝に影響することが明らかとなった。変異株の着生根粒で含有量が変化した硫黄化合物の中には、いくつかのRSSも含まれていた。いずれのRSSも、野生株と比べ変異株の着生根粒で少なかった。特に、システインパースルフィドとグルタチオンパースルフィドの量の変化が顕著であり、根粒内で機能する具体的なRSSの特定が進展した。本年度は、根粒菌のCSE、CARS、3MSTの変異が根粒共生に異常をもたらすことも確認した。いずれの変異株も根粒菌感染4週後以降に根粒の早期老化を示すことを見出した。今後は代謝異常と共生表現型の異常がどのように結びつくのか検討する必要がある。