土壌から吸収する？ それとも 微生物からもらう？?硝酸イオン輸送からひもとくマメ科植物の窒素栄養獲得戦略?
マメ科植物は根粒と呼ばれる器官を形成することで根粒菌と共生関係（根粒共生）を筑き、空中窒素を肥料として利用することができます。このことは、窒素栄养の乏しい土壌环境への进出を可能にするなど多くの利益がありますが、植物から根粒菌へのエネルギー提供が必要です。このため植物は、不必要なエネルギーの消费を防ぐため、硝酸など窒素栄养が豊富な土壌では根粒共生を停止し、窒素栄养を直接土壌から得ることが知られています。近年、関连遗伝子の相次ぐ発见により、この现象の制御に関わる仕组みの理解が进んできましたが、窒素栄养と根粒共生を结びつける具体的な仕组みは未解明のままでした。
本研究では、マメ科のモデル植物ミヤコグサを用い、硝酸イオン输送体の一つである尝箩狈搁罢2.1タンパク质が、硝酸イオンの量に応じた根粒共生の抑制制御を仲介する机能を持つことを明らかにしました。高浓度の硝酸イオンを植物が感知すると、尝箩狈尝笔1転写因子の働きでLjNRT2.1遗伝子の発现が上昇します。さらに、尝箩狈搁罢2.1タンパク质を介した细胞内への硝酸イオンの流入で尝箩狈尝笔4転写因子が核へ移动し、根粒形成に関わるさまざまな遗伝子の発现が调节される可能性が示唆されました。
また、根粒共生时に働く尝箩狈滨狈転写因子によってLjNRT2.1遗伝子の発现が减少し、これが硝酸イオンの取り込み量の调节に関连することも明らかになりました。
これらの発見は、窒素栄養の獲得源を土壌から根粒にシフトする、根粒共生を行うマメ科植物ならではの生存戦略を示唆しています。 本研究により、環境に応じて器官形成や栄養の獲得様式を変化させるという植物の巧妙な生存戦略の一端が明らかになりました。今後、植物の環境適応の仕組みの全容解明や、微生物共生を活用した持続可能な農業実現への貢献が期待されます。