藻類に窒素をより多く取り込ませる新しい機構を発見 －低窒素環境での食糧増産にも期待－

藻類に窒素をより多く取り込ませる新しい機構を発見－低窒素環境での食糧増産にも期待－

2022年3月11日 14:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇东北大学医学系研究科生物化学分野　教授　五十嵐和彦

【発表のポイント】

窒素の取り込みを活性化する転写因子である惭驰叠1の働きが、窒素が豊富にある环境では抑制されてしまうメカニズムを解明。
このメカニズムを応用し、窒素が豊富に存在する环境でも、窒素を取り込む遗伝子群の発现を高いまま维持する藻类の作出にも成功。
藻类バイオマス生产の低コスト化やさらなる食粮増产などへの贡献に期待。

【概要】

東京工業大学生命理工学院生命理工学系の周柏峰大学院生、科学技術創成研究院化学生命科学研究所の田中寛教授、今村壮輔特定教授（兼日本電信電話株式会社（NTT）宇宙環境エネルギー研究所特別研究員）の研究グループは、东北大学大学院医学系研究科の島弘季助手、五十嵐和彦教授と共同で、植物の成長に欠かせない窒素の取り込みを活性化する転写因子（用語1）であるMYB1（用語2）の機能が、窒素が充分に存在する環境では抑制されてしまうメカニズムを、植物の原型と言える藻類（用語3）を用いて解明した。

研究グループでは、全长の惭驰叠1を持つ株と、惭驰叠1の一部を欠损させた复数の株の比较対照によって、惭驰叠1が自身の内部に持っている机能を抑制する部位を特定。また、机能抑制部位と结合するタンパク质の探索を行い、抑制のメカニズムを明らかにした。さらに、このメカニズムの応用によって、窒素が豊富に存在する环境であっても、窒素を取り込む遗伝子群の発现を高いまま维持する藻类の作出に成功した。

窒素は、藻类のみならず植物全般の成长を决定づける栄养素であるため、窒素を効率的に多く取り込ませることは、植物の成长促进および作物生产において有効な手段であると考えられている。

今回解明された窒素取り込み活性化のメカニズムを藻类や作物などに応用することで、藻类バイオマス生产の低コスト化や、低窒素环境での食粮増产などへの贡献が期待される。

本成果は3月11日、スイスの科学雑誌「フロンティアズインプラントサイエンス（Frontiers in Plant Science）」オンライン版に掲载された。

図1.転写因子惭驰叠1による、窒素欠乏条件における遗伝子発现调整
利用可能な窒素源が欠乏すると、惭驰叠1が窒素の吸収を促す窒素栄养遗伝子群の発现を诱导する。しかし、窒素が充足している条件で、惭驰叠1による遗伝子発现の诱导が抑制されるメカニズムは不明であった。

【用语解説】

（1）転写因子：転写调节因子。遗伝子の転写を制御するタンパク质群で、顿狈础がもつ遗伝情报を搁狈础へと写し取る（転写）反応を调节する働きを持つ。具体的には、顿狈础の配列を鋳型としてメッセンジャー搁狈础を合成する転写酵素である「搁狈础ポリメラーゼ」を転写开始点に配置する役割を担う。现在、2000种以上が确认されている。

（2）惭驰叠1：哺乳类、植物、昆虫、真菌などに広く存在する惭驰叠型と呼ばれる転写因子（用语1）の一つ。シゾン（用语4）において、窒素欠乏时に窒素の取り込みを活性化する転写因子として2009年に発见された。

（3）藻类：酸素発生型光合成を行う生物のうち、地上に生息するコケ植物、シダ植物、种子植物を除いたものの総称。緑藻类や红藻类などがある。

（4）シゾン：学名はCyanidioschyzon merolae（通称シゾン）。イタリアの温泉で见つかった単细胞性の红藻（スサビノリ、テングサの仲间）。真核生物として初めて100%の核ゲノムが决定されるなど、モデル藻类、モデル光合成真核生物として用いられている。

详细（プレスリリース本文）