植物と窒素固定細菌の根粒共生を制御するマスター因子の分子進化を解明

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2026-01-31 筑波大学

筑波大学の研究チームは、植物と窒素固定細菌の根粒共生を統括する転写因子NINが、どのようにして共生に特化した機能を獲得したのか、その分子進化の仕組みを解明した。解析の結果、NINのDNA結合ドメイン直後に存在する**15アミノ酸からなる新規配列(FR)**を同定し、これがNINの二量体形成を安定化させ、広範なDNA配列への結合を可能にしていることを示した。FRを欠失した変異体では、根粒内での細菌定着や窒素固定が正常に進まず、FRがNIN機能に必須であることが明らかになった。さらに進化解析から、このFRは根粒共生が出現する以前から一部植物に存在していたことが判明し、既存転写因子の性質を基盤に新機能が進化したことが示唆された。本成果は、共生進化の理解を深め、持続可能な農業技術開発に貢献する基盤知見である。

植物と窒素固定細菌の根粒共生を制御するマスター因子の分子進化を解明
図1. NIN 型 FR を介した DNA 結合モデル NIN 型 FR を持たない典型的な NLP は、⼆量体を形成する DNA 結合ドメイン(各分⼦を⾚および灰 ⾊で図⽰)が DNA 結合に適さない⼆量体構造をとりやすく、DNA 結合時の安定性も低い。このため、限定的な DNA 配列にのみ結合する(上図)。⼀⽅、NIN 型 FR(⻩⾊で図⽰)を持つ NIN およびその祖先型の⼀部 NLP では、FR が DNA 結合ドメイン間の相互作⽤を拡張し、DNA 結合に適した⼆量体構造を維持するとともに、DNA 結合時の安定性を⾼める(下図)。その結果、典型的な NLP に⽐べて、多様な DNA 配列への結合が可能となる。

<関連情報>

根粒共生を制御する因子NINは、NLPから受け継いだモチーフによって広範なDNA結合特異性を示す The root nodule symbiosis regulator NIN exhibits broad DNA binding specificity conferred by an NLP-inherited motif

Shohei Nosaki, Momona Noda, Hiroki Onoda, Momoyo Ito, and Takuya Suzaki
Science Advances  Published:30 Jan 2026
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.aeb8825

Abstract

Nitrogen-fixing root nodule symbiosis (RNS) occurs in some eudicots, including legumes, and is regulated by the transcription factor NODULE INCEPTION (NIN), derived from the NIN-LIKE PROTEIN (NLP) family. However, how the NIN protein acquired RNS-specific functions remains unclear. We identify a previously undescribed motif in Lotus japonicus NIN, located downstream of the RWP-RK domain, which we term the FR. This motif broadens NIN’s DNA binding specificity by stabilizing the RWP-RK dimer interface. nin mutants lacking the FR motif show defective nodulation and impaired nitrogen fixation. Arabidopsis NLP2 carries a NIN-type FR and shares key features with NIN. Furthermore, the NIN-type FR had already emerged before the divergence of gymnosperm and angiosperm lineages, suggesting that a specific molecular feature of NIN involved in RNS regulation was inherited from ancestral NLPs prior to the emergence of RNS.

細胞遺伝子工学
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