ダイズ根粒菌のゲノム再編成によるストレス環境適応機構の解明とその利用

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本研究ではBradyrhizobium属ダイズ根粒菌の嫌気ストレスへの適応能力として脱窒に着目し、その分子基盤や生理学的特徴を明らかにし、得られた知見をもとに窒素固定効率・環境改善の点で有効な接種資材の開発や土着ダイズ根粒菌の脱窒能評価などを目的としている。平成15年度の研究成果は以下の通りである。1.ダイズ根粒菌Bradyrhizobiumの脱窒により発生する^<15>N-N_2のTCDガスクロマトグラフィーを用いた新規定量法大気窒素ガスをキャリアーガスとし、Morecular Sieve 5Aを充填したカラムとTCDガスクロマトグラフで^<15>N-N_2を測定したところ、大気圧において0.1%〜40%(44.6ng〜17.9μg)を定量的に検出可能であることを発見した。検出限界は0.04%だった。この方法を用いて、中沢圃場分離株および十勝圃場分離株の完全脱窒能を調査したところ、中沢圃場のB.japonicumはほとんどが完全脱窒能を持ち、十勝圃場のB.japonicumには完全脱窒をする株が存在しなかった。この結果より、圃場によりダイズ根粒菌の脱窒能には違いがあることがわかった。2.ダイズ根粒菌Bradyrhizobium japonicum USDA 110株の単生・共生におけるN_2Oレダクターゼ活性前年度には根粒がN_2Oレダクターゼ活性を有することが明らかとなった。そこで、N_2Oレダクターゼ活性を単性状態と根粒で比較した。親株のHM培養液0.5mlの細胞数を0.5g根粒中の細胞数とほぼ一致させて密閉し、気相の窒素置換後、0.1%N_2Oを添加し30分後のN_2O濃度を測定した。N_2O消費速度を活性としたところ、0.25μmol/ml/hとなった。0.5g根粒の0.1%N_2O消費速度は0.61μmol/g nodule/hだった。また、根粒のN_2Oレダクターゼ活性の見かけのKmとVmaxは、Km=0.14%(vol/vol)、Vmax=1.3μmol/g nodule/hだった。同じ栽培条件のダイズ根のアセチレン還元活性は2.3μmol/g nodule/hであり、根粒のN_2Oレダクターゼ活性は窒素固定活性に匹敵するほど高いものであることが示唆された。ダイズ根粒菌の圃場での応用を考える場合、N_2Oを発生しない完全脱窒能をもつ菌株の選抜・接種が重要だと考えられる。本研究の結果よりnosZを有する根粒菌は共生状態で空気中のN_2Oを減少させる可能性が示唆された。今後はダイズ植物体の根系でのN_2Oの収支を親株と変異株を用いて調査し、ダイズ畑のN_2Oの収支の解明にもつなげていけると考えた。