【研究成果のポイント】

• イネの窒素同化^（注１）に欠かせない細胞質型グルタミン合成酵素（GS1）アイソザイム^（注２）のうち、根で働く２種類の働き方の違いを明らかにしました。
• ２種類のうちOsGS1;1は炭素?窒素代謝の恒常性制御を担っており、OsGS1;2はアミノ酸生合成に影響を与えていました。また、OsGS1;1の働きを抑制すると、光合成を行わない根に葉緑体が形成されることを世界で初めて明らかにしました。
• 葉緑体形成に関係ないと考えられてきた窒素同化および炭素?窒素代謝を制御することで、根に光合成能力を付与できる可能性があることを示す研究成果です。

【概要】

筑波大学生命環境系の草野都教授（理化学研究所環境資源科学研究センター客員主管研究員）、東北大学の山谷知行名誉教授、理化学研究所環境資源科学研究センターの福島敦史研究員、国際農林水産業研究センターの圓山恭之進主任研究員、岐阜大学の山本義治教授らの研究グループは、イネの窒素同化に不可欠な細胞質局在型グルタミン合成酵素（OsGS1）のアイソザイムであるOsGS1;1が、光合成を行わない根の葉緑体形成に大きく関わることを明らかにしました。窒素は肥料の三大必須栄養素の一つで、植物の生存に不可欠な葉緑素やアミノ酸等の材料となります。植物体内に取り込まれた窒素はアンモニウムに変換された後、グルタミン合成酵素（GS）によりアミノ酸の一種であるグルタミンを作ります。植物は細胞質局在型GS1をコードする遺伝子を複数個持っていますが、植物が多数のGS1アイソザイムを持つ理由は明らかにされていませんでした。

本研究では、食糧として重要な作物であるイネのGS1アイソザイムの中で、窒素肥料を与える時期として効果的な生育初期段階で発現するOsGS1;1およびOsGS1;2に着目しました。それぞれの遺伝子を破壊した変異型イネを解析した結果、Osgs1;1変異体の根では中心代謝に属する糖類やアミノ酸類の蓄積バランスが崩れるのに対し、Osgs1;2変異体ではアミノ酸類の量のみが減少することが分かりました。さらに、Osgs1;1変異体では、光合成を行わない根の部分に葉緑体が形成されることを明らかにしました。OsGS1;1は炭素?窒素代謝の恒常性や葉緑体形成など広範な現象に関わり、Osgs1;2は代謝中のアミノ酸生合成制御に特に関わっていることになります。

本研究の成果は、2020年２月６日に「Plant Physiology」で公開されました。

＊本研究は、さきがけ（研究期間：2013－2017年度）、新学術領域研究（研究期間：2010－2017年度）、科研費（研究期間：2017－2019年度）および国立大学法人運営費交付事業フードセキュリティー実現のための循環型研究拠点の構築（研究期間：2016－2020年度）により実施しました。

【用語解説】

注１）窒素同化
硝酸イオンやアンモニウムイオンなどの無機窒素化合物を材料にアミノ酸等の有機窒素化合物を合成する反応のこと。

注２）アイソザイム
同一の生化学反応を触媒する複数の酵素群を指す。個々のアイソザイムが持つ分子構造や物理化学的性質は異なる。

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

東北大学 農学研究科?農学部 総務係　
電話：022-757-4004　
FAX：022-757-4020
E-mail：agr-syom*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）