研究内容（根粒菌の多様性・生活環・分子基盤の研究、土壌微生物としての環境適応の研究）
地球生態系は様々な生物の相互関係の上に成立しています。当分野は、根粒菌、根圏微生物、エンドファイトといった植物と関係の深い微生物、特に共生窒素固定細菌を主な研究対象としています。それらについて、宿主植物との共生機構や生存戦略の多様性及びそれを支える分子基盤の解明を、分子生物学、微生物生態学、土壌学、更にはゲノム科学の手法を駆使して進めることにより、地球環境の恒常性の理解と食糧環境問題の解決に貢献する環境バイオ研究を目指しています。
根粒菌はマメ科植物と共生し窒素固定を行うグラム陰性の土壌細菌です。根粒菌ゲノムの最大の特徴は共生領域がまとまっている共生アイランドにあります。DNAアレイでダイズ根粒菌の種々の菌株ゲノムを比較してみたことろ、予想通 りその傷に見える領域が菌株により激しく変化していました。根粒菌の共生システムや生存戦略（生態機能）を知るために、(1) 根粒菌ゲノムと共生窒素固定能の菌株毎の比較、(2) 背番号付き変異誘発法(STM) による根粒菌の生態機能、(3) ゲノム塩基配列から予想される新規のエネルギー獲得系やリグニンモノマーなどの芳香族化合物の分解系を土壌や根圏環境との関わりで調べています。
根粒菌が、宿主マメ科植物に根粒を形成させ、その内部組織に感染して窒素固定を行うには、どのような遺伝子機能や細胞の性質が効いているでしょうか？アルファルファ根粒菌Sinorhizobium melilotiやミヤコグサ根粒菌Mesorhizobium lotiのようなモデル微生物を用いて、共生窒素固定系の成立が阻止される変異株を分離し、その変異が細胞の生理・構造や遺伝子発現に及ぼす影響等を解析し明らかにすることを通じて、上記課題に取り組んでいます。 現在のテーマとして、(1) M. lotiが宿主根内部へ侵入するのに必須な役割を有する遺伝子cepの機能解明 、(2) S. melilotiの細胞内共生の維持に必須なシグマ因子RpoHのレギュロンの解析を進めています。また、植物ホルモンであるエチレンを介した相互作用についても調べています。
マメ科植物の根滲出物には、抗菌活性をもつ化合物が含まれていますが、根粒菌はこの化学的バリアを乗り越えて根に感染します。私たちは異物排出トランスポーターが抗菌物質耐性に重要な働きをしていると予想し、根定着における異物排出トランスポーターの機能について調べています。 根粒菌とマメ科植物の関係は一見友好的ですが、実はマメ科植物は根粒菌の侵入を無条件に受け入れているわけではなく、根粒菌の感染に対して病原菌の感染時と同様な抵抗性反応を示します。根粒菌の異物排出トランスポーターやI型分泌装置が、宿主側の抵抗性反応を免れるために機能しているかどうか調べています。
根粒菌は共生窒素固定細菌ですが、同時に脱窒作用 (異化的硝酸還元： NO3 - NO2 - NO- NO2 - N2）を示します。ダイズ根粒菌BJ1系統のみがN2O還元酵素遺伝子(nosZ)までの全脱窒遺伝子を保有しています。BJ1系統のダイズ根粒はN2Oを活発に取込むことが分かり、地球温暖化およびオゾン層破壊を行うN2Oガスの土壌からの放出を抑える働きが期待されます。しかし、フィールドでは、ダイズなどのマメ科植物の根粒は逆にN2Oを発生させています。このような実験室とフィールドにおける根粒(菌)のN2Oパラドックスは何故起こるのでしょうか。現在その原因としてを根粒圏微生物コミュニテイー等の働きが疑われてます。このN2Oを発生機構の解明のために、微生物生態学の新規の手法を用いて研究を進めています。
非マメ科植物は、根粒はつくりませんが、細胞間隙に種々の窒素固定細菌が見い出されています。植物(phyte) 体内(endo)に棲んでいる微生物なのでエンドファイトと呼ばれています。野生イネから分離されたHerbaspirillum sp. B501株は細胞間隙に生息し、窒素固定を私達の研究室で明らかにしました。この株の窒素固定遺伝子nifHの発現は、植物の置かれた明暗リズム影響を受けいることを見い出し、そのnifHの発現リズムの分子生態解析を進めています。また、酸素を嫌うClostridium属偏性嫌気窒素固定細菌と非窒素固定細菌の共同体を発見し、植物の分布や相互作用について調べています。
最近の総説等の抄録pdf (分野紹介チラシ、根圏生物のランチタイム、物質循環機能、根粒菌相互作用、根圏研究の方向、 根粒菌ゲノム研究、共生工学)
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