農研機構,根と根粒菌が共生関係を築く過程を観察

農業・食品産業技術総合研究機構(農研機構)は,土壌中の植物の根と共生微生物の相互作用をライブイメージングする「リゾフレームシステム」を開発し,世界で初めて土壌中のマメ科植物の根と根粒菌が共生関係を築く過程を連続的に観察することに成功した(ニュースリリース)。

根粒菌は,ダイズなどのマメ科植物の根に住み着いて共生関係を築き,大気中の窒素を固定して宿主植物に窒素栄養を供給したり,温室効果ガスである一酸化二窒素(N2O)の発生や消去において重要な役割を担っている,農業上重要な土壌微生物のひとつ。

しかし,根は土の中に隠れているため,根と,根粒菌などの土壌微生物の相互作用の過程をありのままに観察することは困難で,根と微生物の相互作用の仕組みを解明する妨げになっていた。

研究グループは,根粒菌の局在を追跡するため,緑系と赤系の蛍光タンパク質をそれぞれ高発現するダイズ根粒菌を作出した。また,植物を土から掘り起こすことなく根の様子を観察できる「Rhizosphere Frame(リゾフレーム)」を構築した。

蛍光根粒菌とリゾフレームを組み合わせた「Rhizosphere Frame System(リゾフレームシステム)」を開発し,蛍光顕微鏡を用いて根と根粒菌と土壌粒子の位置情報を維持したまま根粒共生過程を連続的に観察することに世界で初めて成功した。

また,緑色と赤色の蛍光を発する根粒菌を混合してダイズに接種し,このシステムで観察することにより,2種類の根粒菌の感染をリアルタイムで追跡観察することができた。

さらに,根粒形成に重要な役割を示す植物ホルモンのオーキシンの蓄積に応じて,緑色蛍光タンパク質GFPが発現するミヤコグサをこのシステムで観察することにより,根粒菌の感染に呼応して土壌中の根のオーキシン蓄積が変化する様子をリアルタイムに観察するレポーターアッセイが可能となった。

このシステムによって土壌中の根に感染する根粒菌を追跡観察することができるようになった。今後,研究グループは,この技術を利用して優良菌と土着菌の感染競合を解析することにより優良菌がほ場で感染競合に敗れてしまう理由を解明し,共生能力を効率的に利用するための技術開発に活かしていくとしている。

その他関連ニュース

  • 北大,光で凝集体機能障害誘引と細胞運命解析に成功 2024年05月13日
  • 京府医,蛍光顕微鏡画像をMacで三次元観察可能に 2024年04月26日
  • 北大ら,短波赤外蛍光イメージングの医療用色素開発 2024年04月08日
  • 阪大ら,生体内部が見える超解像顕微法を開発 2024年04月08日
  • 京大ら,Ca2+とcAMPを感知する蛍光タンパク質開発 2024年03月25日
  • 東工大ら,高光安定性かつ低毒性の蛍光色素を開発 2024年03月13日
  • 産総研,ファインセラミックス欠陥の可視化技術開発 2024年03月11日
  • 医科歯科大,光遺伝学で成熟破骨細胞を分化誘導 2024年02月13日