オーキシンのメチル化が根粒共生の成立を導くことを発見

根粒共生の成立を導くオーキシンのメチル化
オーキシンメチル化酵素(IAMT1)によって、オーキシン(IAA)はIAAメチル(MeIAA)へと変換(メチルエステル化)されます。本研究は、根粒菌の感染によって誘導されるオーキシンのメチル化が、根粒の形成に重要であることを明らかにしました。

マメ科植物は、窒素固定細菌(根粒菌)を細胞内に取り込むことでコブ状の共生器官「根粒」を形成します。この現象は根粒共生と呼ばれ、マメ科植物はこの共生により大気中の窒素を栄養素として効率よく利用できます。本研究では、根粒共生の成立過程において、植物ホルモンの1種であるオーキシンがメチル化されることが、共生成立に重要であることを発見しました。

これまでに、オーキシンのメチル化酵素であるIAMT1はシロイヌナズナ(非マメ科植物)の葉や茎の成長に関わることが知られていましたが、根での機能は不明でした。本研究では、表皮感染を介した根粒共生を進化の過程で獲得したマメ科植物においてIAMT1が遺伝子重複により2つ存在していること、そして、その片方の遺伝子(IAMT1aと命名)が根粒菌感染によってミヤコグサの根の表皮で誘導されることを発見しました。IAMT1aの機能をRNAi法により抑制すると、直下の皮層で起こる根粒形成が抑制されました。これにより、オーキシンのメチル化が、根粒の形成に必要とされることが明らかとなりました。

また、オーキシン (IAA) のメチル化産物であるMeIAAをミヤコグサの根に与えると、根粒共生の鍵遺伝子であるNINの発現が誘導されました。この結果は、共生におけるMeIAAの重要性を示すものです。シロイヌナズナ等で得られた知見から、これまでオーキシンのメチル化は、オーキシンの機能を不活性化するものであると考えられてきました。しかし本研究により、根粒共生の成立過程において、オーキシンメチル化は単なる不活性化とは異なる機能を持っていることが示されました。

書誌情報
  • タイトル: Auxin methylation by IAMT1, duplicated in the legume lineage, promotes root nodule development in Lotus japonicus
  • 著者: Takashi Goto, Takashi Soyano, Meng Liu, Tomoko Mori, Masayoshi Kawaguchi
  • 掲載誌: PNAS
  • 掲載年: 2022
  • DOI:10.1073/pnas.2116549119

生命科学研究科 基礎生物学専攻 後藤崇支

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