図1 A: ミ ヤ コ グ サ の 共 生 ミ ュ ー タ ン ト 野 生 株, B: 根 粒 非 着 生 (Nod-), C: 無 効 根 粒(Fix-), D: 超 根 粒 着 生 (Nod++). ど), 放 射 線 な どの突 然 変 異 原 処 理 に よ って, これ まで に い ず れ もEMSに これ らの 共 生 変 異 は, 誘 発 突 然 変 異 に よ って比 較 的 容 多 くの マ メ科 植 物 か ら共 生 窒 素 固 定 に関 して, 正 常 とは 易 に見 い だ され, 異 な る表 現 型 を 示 す 変 異 体 が 分 離 され て い る. これ ら の が 行 な わ れ て き た が, 変 異 体 は, 大 き く分 けて3つ って い な い. の グ ル ー プ に分 類 で き る(3,4) よ る 誘 発 突 然 変 異. これ まで そ の 表 現 型 の 詳 しい比 較 解 析 これ らの 原 因 遺 伝 子 の単 離 に は至 (図1). 第1の グ ル ー プ は, 根 粒 形 成 に 関 して 負 の 表 現 型 を示 共 生 根 粒 菌 を 認 識 す る 遺 伝 子 座sym2 す もの, す な わ ち根 粒 菌 に対 して ま っ た く反 応 しな いか, ま た は感 染 根粒 形 成 の きわ め て初 期 に反 応 が ブ ロ ッ ク され る変 異 で, 総 じ てNod-と 呼 ば れ, 種 々 の マ メ科 植 1. sym2の 性質 宿 主 に お け る根 粒 形 成 か ら共 生 窒 素 固 定 に至 る 過 程 の 物 か ら多 数 の 遺 伝 子 座 が 同定 され て い る. この 中 に は, 変 異 体 お よ び遺 伝 子 座 は, し ば し ばsym 特 定 の根 粒 菌 の 系 統 に よ って の み 根 粒 形 成 す るい わ ゆ る strain-dependent なNod-があり, 後述するエン ド 表 記 され る. 遺 伝 解 析 に 好 適 な エ ン ドウ に お い て は, 今 ウのsym2は 第2の この タ イ プ で あ る. ま で に30ほ どのsym遺 (symbiosis) と 伝 子 座 が 同 定 さ れ て お り, そ の ほ とん どが 上 に 述 べ た よ う に突 然 変 異 原 処 理 に よ っ て誘 グ ル ー プ は, 根 粒 は 形 成 す る が 共 生 窒 素 固 定 活 導 され た もの で あ る. sym2は し か し, 変 異 体 で は な く 性 を示 さ な い もの で, 無 効 根 粒 (Fix-) と呼 ば れ る. この 中 東 地 域 の 栽 培 種 Afghanistan に 自 然 に 存 在 す る も 中 に は, 根 粒 の 形 態 形 成 は ほ ぼ正 常 に進 行 す る が, 根 粒 の と して 見 い だ され た(5). 野生 型 の エ ン ドウ に変 異 体 名 菌 が 根 粒 細 胞 内 に進 入 で きず, が つ い た 理 由 は, 一 般 に よ く使 わ れ て い る ヨ ー ロ ッパ 系 した が っ て 細 胞 内共 生 が 成 立 し な い タ イ プ と, 根 粒 菌 の細 胞 内 共 生 は正 常 に成 立 統 の エ ン ドウ根 粒 菌 (Rhizobium す るが, 何 らか の 原 因 で そ の 窒 素 固 定 活 性 が 発 現 しな い viciae) を Afghanistan に 感 染 させ て も, 根 粒 が ほ と もの が あ り, 後 者 と して は エ ン ドウ のsym13な どが 詳 ん ど形 成 され ず, 根 粒 非 着 生 に近 い表 現 型 を示 す た め で 異 常 に 多 数 の 根 粒 を着 生 す る変 異 体 で, 超 根 あ る. Afghanistan と ヨー ロ ッパ の 系統 の エ ン ドウ根 粒 菌 し く研 究 され て い る. 第3は, 粒 着 生 (super-nodulation ま た は hyper-nodulation) leguminosarum bv. の相 互 作 用 の 詳 細 な観 察 か ら, 感 染 に よ り根 の 根 毛 が 変 と呼 ば れ て い る. この 変 異 は 根 粒 の着 生 数 を制 御 す る 因 形 し根 粒 原 基 が 形 成 され る もの の, 根 の表 皮 細 胞 で感 染 子 の 欠 損 に よ る と考 え ら れ, その 多 くは硝 酸 耐 性 (肥料 糸 形 成 に よ る根 粒 菌 の侵 入 が ブ ロ ッ ク さ れ て し ま い, 感 窒 素 に よ って 根 粒 着 生 が 抑 制 され な い 現 象) を伴 っ て い 染 糸 は細 胞 内 共 生 す る皮 層 組 織 まで 到 達 で き な い こ とが 伝 子 が最 も詳 し く 明 らか に さ れ て い る(6). sym2遺 伝 子 産 物 は, ヨー ロ ッパ る とい う特 徴 を もち, ダ イ ズ のnts遺 調 べ られ て い る. 化 学 と 生 物Vol. 36, の 系 統 の エ ン ドウ根 粒 菌 に対 して そ の 根 細 胞 内 へ の侵 入 No. 12, 1998 821

グ に よ り, 32系 統 の 共 生 変 異 体 を得 て お り, そ の半 数 は 根 粒 形 成 の初 期 過 程 に 異 常 を示 す もの で あ った. 以 下 に そ れ らの ミ ュー タ ン トの い くつ か を紹 介 す る. 2. ミヤ コ グサ の共 生 変 異 体 1) alb1 sym2に よ る感 染 耐 性 の よ う に, 皮 層 組 織 で の 細 胞 分 裂 は誘 導 さ れ る が 感 染 過 程 が ブ ロ ッ ク され て い る もの が い くつ か 単 離 さ れ て い る. そ の う ち, alb1 (aberrant localization of bacteria inside nodule) 変 異体 は劣 性 の 1遺 伝 子 に よ って 支 配 され て い る ミュ ー タ ン トで, 未 成 図3 ミ ヤ コ グ サ (Lotus 日 本 全 国 に 自 生 す る 雑 草 で, japonicus) 熟 な 無 効 根 粒 を着 生 す る(14). alb1の 根 粒 内 で は感 染 糸 黄 色 い 花 を つ け る. を通 じた 根 粒 菌 の 感 染 過 程 が 正 常 に行 な わ れ ず, 多 くの 根 粒 菌 が 感 染 糸 内 部 お よび 細 胞 間 隙 に充 満 し, 根 粒 菌 が 理 学 の 実 験 材 料 と して の扱 い や す さ に よ り, 基 礎 と応 用 エ ン ドサ イ トシ ス的 に宿 主 植 物 細 胞 に侵 入 す る過 程 が 強 を問 わ ず 研 究 分 野 で 頻 繁 に 使 わ れ て き た. しか し, 共 生 く阻 害 さ れ て い る (図4). 窒 素 固定 は い う まで もな く, マ メ 科植 物 の あ る形 質 を 直 よ う に分 化 す る維 管 束 は, 光 合 成 産 物 の unloading, 窒 接 制 御 す る原 因遺 伝 子 の ク ロー ニ ン グ, お よび そ の分 子 素 固 定 産 物 の loading お レベ ル で の 機 能 解 析 は大 き く遅 れ て い る. ゲ ノ ム サ イ エ い て は ま た, 根 粒 皮 層組 織 中 で の 維 管 束 系 の 発 達 が 不 完 ン ス が 隆 盛 を きわ め る今 日, シ ロ イ ヌ ナ ズ ナ の よ うな 分 全 な ま ま ブ ロ ッ ク さ れ て お り, 維 管 束 系 の 内鞘 細 胞 に特 子 遺 伝 学 的 解 析 が マ メ で難 し い理 由 は, ゲ ノム サ イ ズ が 異 的 なENOD40遺 小 さ く, か つ遺 伝 子 導 入 や タ ギ ン グ を可 能 とす る マ メ 科 2) fen1 植 物 が今 まで に な か っ た か らで あ る. そ の よ う な経 緯 の 中 で, 日本 に 自生 す る ミヤ コ グ サ は分 子 遺 伝 学 的 解 析 に 好 適 な 形 質 を備 えて お り注 目 さ れ て い る(13)(表1, 図3). 筆 者 ら は宿 主 の 根 粒 形 成 を制 御 す る遺 伝 子 群 の全 体 像 を顕 在 化 させ る こ とを 目 的 と して, ミヤ コ グサ を用 い た 根 粒 内 の 感 染 領 域 を取 り囲 む を行 な う場 で あ る が, alb1に 伝 子 の 発 現 も強 く抑 制 され て い る. fen1変 異 体 は無 効 根 粒Fix-の 性 の1遺 カ テ ゴ リー に属 し, 劣 伝 子 に よ っ て 支 配 さ れ て い る. alb1と 異 な り fen1の 根 粒 内 で は, 根 粒 菌 が 感 染 細 胞 内 に取 り込 ま れ バ クテ ロ イ ドに分 化 す る もの の, 感 染 細 胞 が 肥 大 成 長 す る こ とが で き な い. この 形 質 か らfen1 (fail in enlarge- 飽 和 的 な ミュ ー タ ン トの単 離 を進 行 中 で あ る. 今 まで に ment EMSに レグ ヘ モ グ ロ ビ ン を蓄 積 し赤 色 を呈 し窒 素 固 定 活 性 を発 よ る お よ そ40,000のM2種 子 の ス ク リー ニ ン B A 図4 A: 824 of infected cells) と命 名 さ れ た(14). 正常 な根 粒 は ミ ヤ コ グ サ の ミ ュ ー タ ン トalb1根 野 生 株 の 根 粒 (ス ケ ー ル=400μm), B: 粒 の構 造 alb1根 粒. 矢 印 は バ ク テ リ ア を 含 ん だ 細 胞 間 隙 (ス ケ ー ル=100μm). 化 学 と 生 物Vol. 36, No. 12, 1998

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