植物と微生物の代謝リモデリングによる鉄吸収促進機構を解明(Novel Mechanism of Plant-Microbe Synergistic Remodeling of Metabolites Revealed to Enhance Iron Uptake)

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2026-06-08 中国科学院(CAS)

中国科学院遺伝学・発生生物学研究所の王国棟研究チームは、植物と根圏微生物が協調して代謝物を再構築し、鉄吸収を促進する新たな仕組みを解明した。アルカリ性・石灰質土壌では鉄が不溶化しやすく、作物の鉄欠乏クロロシスを引き起こす。研究では、シロイヌナズナの16種の代謝変異体を解析した結果、リグニン合成欠損変異体 cse-2 において、鉄吸収に重要なクマリン類が減少する一方、クマリン配糖体などの芳香族配糖体が蓄積することを発見した。また、その根圏には芳香族化合物分解能を持つ放線菌やシュードモナス類が集積していた。解析の結果、これらの微生物が分泌するβ-グルコシダーゼがクマリン配糖体を加水分解し、鉄キレート能の高い活性型アグリコンへ変換することで鉄利用性を高めることが判明した。さらに、この酵素遺伝子を導入した有用菌を接種すると、鉄欠乏条件下でも植物のクロロフィル量が増加し、生育が改善された。研究は、微生物が植物代謝物を再加工して植物の栄養獲得を支援する「動的代謝リモデリング(Dynamic Remodeling)」という新概念を提唱し、機能性根圏微生物資材や耐ストレス・高生産性作物の開発に新たな道を開く成果となった。

<関連情報>

根圏細菌β-グルコシダーゼによる根の特殊代謝産物の動的な再構築は、植物の鉄吸収を促進する Dynamic Remodeling of Root Specialized Metabolites by Rhizobacterial β-Glucosidase Promotes Plant Iron Uptake

Xiaochen Wang ∙ Xindan Xu ∙ Peng Jiang ∙ … ∙ Daiyin Chao ∙ Yang Bai ∙ Guodong Wang
Molecular Plant  Published:June 1, 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.molp.2026.05.019

ABSTRACT

Root specialized metabolites (RSMs) comprise diverse, functional, plant-derived small molecules that can shape plant fitness by modulating rhizosphere microbe community, although the ecological functions and dynamics of RSM–microbe interactions remain elusive. Here, to explore how metabolic alterations influence microbiota assembly, we applied systematic multi-omics, phenotypic, and functional profiling of growth phenotypes, root metabolomes, and rhizosphere microbiota in 16 Arabidopsis thaliana mutants, defective in four distinct specialized metabolic pathways, under alkaline agricultural soil conditions. This paradigm identified genotype-enriched, rather than pathway-specific, correlations between RSMs and microbes. Notably, the cse-2 lignin biosynthesis mutant exhibited chlorosis and growth retardation under iron-deficiency, accompanied by decreased coumarins, but increased aromatic glycosides, with enrichment of Actinobacteria and Pseudomonadota taxa harboring aromatic compound-degrading pathways. Co-incubation of root exudates with a synthetic microbial community demonstrated that microbial deglycosylation predominantly underlies the dynamic transformation of such RSMs. Additionally, we identified a secreted β-glucosidase (A594_07591) in these microbes that preferentially hydrolyzes coumarin glycosides. Inoculation with Pseudomonas simiae WCS417r heterologously expressing A594_07591 significantly alleviated the iron-deficiency plant phenotype by converting catecholic coumarin glycosides to aglycones. This study uncovers a cooperative plant–microbe mechanism that transforms coumarins to promote iron acquisition under alkaline conditions and underscores the dynamic remodeling of RSMs in the rhizosphere as a key driver of plant fitness under environmental stress.

生物化学工学
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