エンドファイト窒素固定能の機能実体特定とその世代間伝達

通常作物の生育は窒素肥料に強く依存するが、高い窒素固定能を有するサツマイモはその例外である。この窒素固定能は植物細胞間隙に生息する細菌(エンドファイト)によると考えられており、ニトロゲナーゼ遺伝子をゲノム上に保有する細菌がサツマイモ体内から多数検出されている。しかし、培養可能な細菌だけ単離・増殖・接種しても、本来の高い窒素固定能を再現できない。この結果は培養困難な細菌が真の機能実体である可能性を示唆する。本研究では、サツマイモ体内で高い窒素固定能を実際に発現した細菌を培養に依存することなく直接可視化して特定し、特定した細菌の挙動を追跡する。サツマイモに適用する前に、根粒で窒素固定することがわかっているダイズを用いて、地下部に15N2ガスを供与した後、根粒中の根粒菌に15Nが検出されるかどうかを検証した。その結果、ラマン顕微鏡を用いることで、根粒磨砕液中の根粒菌に15Nを検出することができ、この方法論が有効であることを確認できた。次に、塊根を発育させたサツマイモ根系に15N2ガスを供与し、細根・塊根からの抽出液を得た。これら抽出液中の細菌では14Nしか検出できなかったものが存在する一方で、一部の細菌には15Nが検出された。この結果は、ある種の細菌がサツマイモ体内で実際に15N2を固定したことを意味する。

通常作物の生育は窒素肥料に強く依存するが、高い窒素固定能を有するサツマイモはその例外である。この窒素固定能は植物細胞間隙に生息する細菌(エンドファイト)によると考えられており、ニトロゲナーゼ遺伝子をゲノム上に保有する細菌がサツマイモ体内から多数検出されている。しかし、培養可能な細菌だけ単離・増殖・接種しても、本来の高い窒素固定能を再現できない。この結果は培養困難な細菌が真の機能実体である可能性を示唆する。本研究では、サツマイモ体内で高い窒素固定能を実際に発現した細菌を培養に依存することなく直接可視化して特定し、特定した細菌の挙動を追跡する。サツマイモに適用する前に、根粒で窒素固定することがわかっているダイズを用いて、地下部に15N2ガスを供与した後、根粒中の根粒菌に15Nが検出されるかどうかを検証した。その結果、ラマン顕微鏡を用いることで、根粒磨砕液中の根粒菌に15Nを検出することができ、この方法論が有効であることを確認できた。次に、塊根を発育させたサツマイモ根系に15N2ガスを供与し、細根・塊根からの抽出液を得た。これら抽出液中の細菌では14Nしか検出できなかったものが存在する一方で、一部の細菌には15Nが検出された。この結果は、ある種の細菌がサツマイモ体内で実際に15N2を固定したことを意味する。