福留 光挙

領 域 名  植物科学 

教員氏名    福 留 光 挙

研究分野 植物栄養学

研究キーワード: 根粒共生,植物ヘモグロビン,活性分子種

最近の研究課題

1.植物ヘモグロビンの機能と役割

 マメ科植物は根粒菌との共生窒素固定によって、大気中の窒素分子を窒素栄養として利用することが出来る。この共生系は、レグヘモグロビン(Lb)が根粒内の酸素分圧を調節することで、正常に保たれている。本研究室では、Lbを含む多様な植物ヘモグロビン(Phytogb)に着目し、各種Phytogbの機能解明に向けて研究に取り組んでいる。また、多くのPhytogbが有する一酸化窒素除去活性について、植物微生物相互作用や環境応答のなかでの役割を明らかにすることを目指している。

2.根粒共生での活性イオウ分子種の役割と産生機構

 活性酸素種(ROS)や活性窒素種(RNS)などの活性分子種は、根粒共生の様々な過程でシグナル分子として機能する。近年、ROSやRNSと相互作用することが知られる活性イオウ分子種(RSS)もまた、共生過程で検出されることが明らかとなった。本研究室では、RSS分子の有無が根粒共生に及ぼす影響を評価しているほか、宿主植物や共生根粒菌がどのような経路でRSSを産生しているのか、また、どのようなRSS分子を産生しているのか解析している。

3.農業応用の試みと新規共生関連遺伝子の探索

 本研究室では、根粒共生やストレス応答に深く関与する分子の発現・活性を制御することにより、共生強化やストレス耐性付与をはじめとする農業応用への展開を目指している。また、共生に関わる新しい因子の探索も試みている。

代表的な研究業績

  • Nitric oxide detoxification by Mesorhizobium loti affects root nodule symbiosis with Lotus japonicus. Fukudome, M et al., Microbes Environ., 36(3): ME21038, (2021)
  • Reactive sulfur species interact with other signal molecules in root nodule symbiosis in Lotus japonicus. Fukudome, M et al., Antioxidants, 9(2): 145, (2020)
  • Ectopic or over-expression of class 1 phytoglobin genes confers flooding tolerance to the root nodules of Lotus japonicus by scavenging nitric oxide. Fukudome, M et al., Antioxidants, 8(7): 206, (2019)
  • Stably transformed Lotus japonicus plants overexpressing phytoglobin LjGlb1-1 show decreased nitric oxide levels in roots and nodules as well as delayed nodule senescence. Fukudome, M et al., Plant Cell Physiol., 60(4): 816-825, (2019)
  • Hemoglobin LjGlb1-1 is involved in nodulation and regulates the level of nitric oxide in the Lotus japonicusMesorhizobium loti symbiosis. Fukudome, M et al., J. Exp. Bot., 67(17): 5275-5283, (2016)

Research Area: Plant Science 
Research Specialization: Molecular Plant Nutrition 
Name: FUKUDOME, Mitsutaka

Keyward:root nodule symbiosis,plant hemoglobin, reactive molecules

Recent Research

1.  Functions and roles of plant hemoglobin

   Legumes can use atmospheric nitrogen molecules as nitrogen nutrition through symbiotic nitrogen fixation with rhizobia. This symbiosis is maintained successfully by leghemoglobin (Lb), which regulates the oxygen concentration in the nodules. In this laboratory, we are focusing on various plant hemoglobins (Phytogb) including Lb, and are working to elucidate the functions of various Phytogb. We also aim to clarify the role of nitric oxide scavenging activity of many Phytogb in plant-microbe interactions and environmental responses.

2.  Role and production mechanism of reactive sulfur species in symbiosis

   In various processes of root nodule symbiosis, reactive molecular species such as reactive oxygen species (ROS) and reactive nitrogen species (RNS) function as signaling molecules. Recently, it has been shown that reactive sulfur species (RSS), which are known to interact with ROS and RNS, can also be detected during the symbiosis process. In this laboratory, we are investigating the effects of RSS molecules on root nodule symbiosis. We are also analyzing which pathways and how RSS molecules are produced by host plants and symbiotic rhizobia.

3.  Agricultural application and search for novel symbiosis-related genes 

   Our laboratory aims to develop agricultural applications such as symbiosis enhancement and stress tolerance by controlling the expression and activity of factors that are deeply involved in root nodule symbiosis and environmental stress. We are also attempting to find new factors involved in symbiosis.

Publications

  • Nitric oxide detoxification by Mesorhizobium loti affects root nodule symbiosis with Lotus japonicus. Fukudome, M et al., Microbes Environ., 36(3): ME21038, (2021)
  • Reactive sulfur species interact with other signal molecules in root nodule symbiosis in Lotus japonicus. Fukudome, M et al., Antioxidants, 9(2): 145, (2020)
  • Ectopic or over-expression of class 1 phytoglobin genes confers flooding tolerance to the root nodules of Lotus japonicus by scavenging nitric oxide. Fukudome, M et al., Antioxidants, 8(7): 206, (2019)
  • Stably transformed Lotus japonicus plants overexpressing phytoglobin LjGlb1-1 show decreased nitric oxide levels in roots and nodules as well as delayed nodule senescence. Fukudome, M et al., Plant Cell Physiol., 60(4): 816-825, (2019)
  • Hemoglobin LjGlb1-1 is involved in nodulation and regulates the level of nitric oxide in the Lotus japonicusMesorhizobium loti symbiosis. Fukudome, M et al., J. Exp. Bot., 67(17): 5275-5283, (2016)

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