ブナ目では、根粒共生を行わない植物にも、根粒共生を制御するマスター転写因子NINが機能を保ったまま存在していることを明らかにしました。根粒共生能力の喪失が必ずしもNINの喪失で起きるわけではないことを示しており、根粒共生の進化の仕組みの理解に向けた新たな視点を提供する成果です。

　マメ科植物など一部の植物は、根に「根粒」と呼ばれる器官を形成し、窒素固定細菌と共生することで大気中の窒素を利用しています。この「根粒共生」は、化学窒素肥料への依存を低減できる可能性を持つ重要な生物機能です。遺伝子レベルでみると、これまで主にマメ目植物を対象とした研究から、根粒共生には転写因子NODULE INCEPTION（NIN）が必須であり、「NIN遺伝子の喪失が、植物が根粒共生能力を失う主要因である」と考えられてきました。

　本研究では、ブナ目植物におけるNIN遺伝子の進化と機能を解析しました。その結果、根粒共生を行わない植物にも、機能を維持したNIN遺伝子が保存されていることを明らかにしました。

　本研究チームはまず、非共生性ブナ目である植物セイヨウハシバミ（Corylus avellana）が持つNIN遺伝子を単離することに成功しました。そして、根粒共生能力を失ったマメ科のモデル植物ミヤコグサのnin欠損変異体に導入しました。その結果、このNINは根粒形成、窒素固定細菌の感染、さらには窒素固定能を持つ成熟根粒の形成まで、ミヤコグサ変異体の機能を回復させることが分かりました。すなわち、非共生植物においてもNINタンパク質自体は「根粒共生を制御する能力」を保持していたことになります。さらに比較ゲノム解析により、非共生性ブナ目植物では、NINそのものではなく、RPG（RHIZOBIUM-DIRECTED POLAR GROWTH）と呼ばれる他の共生関連遺伝子が失われている可能性が示されました。

　本研究は、「NINの喪失が根粒共生能力喪失の主因である」という従来の理解を見直す重要な成果であり、根粒共生進化の分子基盤に新たな視点を提供しました。植物と微生物の共生進化の理解を深めるとともに、将来的には窒素肥料使用量を低減する持続可能農業技術への応用が期待されます。

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プレスリリース

研究代表者

筑波大学生命環境系
壽崎 拓哉　教授

掲載論文

【題名】

Nonnodulating Fagales retain the functional NODULE INCEPTION gene
（根粒共生を行わないブナ目植物も機能的なNODULE INCEPTION遺伝子を保持している）

【掲載誌】

New Phytologist

【DOI】

10.1111/nph.71337

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生命環境系