強酸性土壌に生育する植物のアルミニウム超耐性および好アルミニウム性の解明

• Project/Area Number: 14J06461
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Plant nutrition/Soil science
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 前島 恵理子 北海道大学, 農学院, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000); Fiscal Year 2016: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2015: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2014: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: アルミニウム / メラストーマ / フェノリクス / 酸性土壌 / Melastoma malabathricum / 細胞膜 / 細胞壁

Outline of Annual Research Achievements

強酸性土壌に生育する植物におけるアルミニウム有益性の解明
強酸性土壌に自生するメラストーマは、Alによって生育が促進されることが知られているが、その機構は明らかになっていない。昨年度までの実験で、メラストーマに温度ストレスをかけた際にAlによる生育促進効果が認められたが、これは温度ストレスにより引き起こされる酸化ストレスがAlによって減少するという現象ではないことが示唆された。また低温処理により、メラストーマの根はストレスを受けネクロシスを起こしたが、低温条件下でも+Al 処理下で栽培したメラストーマの根にはその症状が現れなかった。つまり、低温処理により引き起こされるストレスがAl によって緩和されたと考えられる。一方、元素分析の結果、Al処理によって根のFe含有率が有意に低下することが明らかとなった。メラストーマにおけるFe毒性についてはこれまでの研究で報告されており、本研究にいてもAlによるストレスの軽減の減少にFe毒性が関与している可能性が考えられた。そこで高濃度のFe条件で同栽培を行った。その結果、標準のFe濃度の栽培時と同様に、低温条件下でAlによるストレス軽減の効果が認められた。これらの結果から、低温条件下におけるAlによる生育促進の効果は、根におけるFe毒性が低温条件下で顕著になり、この症状がAlにより緩和されるという現象であると考えられる。また本研究ではAlによる酸化ストレスの軽減は認められていないため、メラストーマにおけるFe毒性は酸化ストレスではないことが示唆された。低温条件下では、細胞膜の流動性の低下、透過性の増大が引き起こされることが知られている。このことから、FeとAlの細胞膜との相互作用が、Alによるストレスの緩和に関連していることが考えられる。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Contribution of constitutive characteristics of lipids and phenolics in roots of tree species in Myrtales to aluminum tolerance (2017)
  • Author(s): Eriko Maejima, Mitsuru Osaki, Tadao Wagatsuma, Toshihiro Watanabe
  • Journal Title: Physiologia Plantarum Volume: （印刷中） Issue: 1 Pages: 11-20
  • DOI: 10.1111/ppl.12527
  • NAID: 120006313471
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Distribution of Minerals in Young and Mature Leaves of Different Leaf Vegetable Crops Cultivated in a Field (2016)
  • Author(s): Toshihiro Watanabe, Eriko Maejima, Masaru Urayama, Masako Owadano, Aiko Yamauchi, Ryosuke Okada, Takuro Shinano and Mitsuru Osaki
  • Journal Title: Open Journal of Plant Science Volume: 1 Pages: 005-009
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The ionomic study of vegetable crops. (2016)
  • Author(s): Watanabe, T., Maejima, E., Yoshimura, T., Urayama, M., Yamauchi, A., Owadano, M., Okada, R., Osaki, M., Kanayama, Y. and Shinano, T.
  • Journal Title: PLos ONE Volume: 11 Issue: 8 Pages: e0160273-e0160273
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0160273
  • NAID: 120005853074
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Proportion of phospholipids in the plasma membrane is an important factor in Al tolerance (2014)
  • Author(s): Maejima Eriko, Watanabe Toshihiro
  • Journal Title: Plant Signaling & Behavior Volume: 9 Issue: 7 Pages: e29277-e29277
  • DOI: 10.4161/psb.29277
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Higher sterol content regulated by CYP51 with concomitant lower phospholipid contents in membranes is a common strategy for aluminium tolerance in several plant species. (2014)
  • Author(s): Wagatsuma Tadao, Khan Md. Shahadat Hossain, Watanabe Toshihiro, Maejima Eriko, Sekimoto Hitoshi, Yokota Takao, Nakano Takeshi, Toyomasu Tomonobu, Tawaraya Keitaro, Koyama Hiroyuki, Uemura Matsuo, Ishikawa Satoru, et al.
  • Journal Title: Journal of Experimental Botany Volume: - Issue: 3 Pages: 907-918
  • DOI: 10.1093/jxb/eru455
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Aluminum tolerance mechanisms in plants (2016)
  • Author(s): Eriko Maejima
  • Organizer: The 3rd Myanmar-Japan Symposium
  • Place of Presentation: Pathein University
  • Year and Date: 2016-12-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 低温条件下で栽培したMelastome malabathricumの生育に対するアルミニウムの効果 (2016)
  • Author(s): 前島恵理子、合田健登、大崎満、渡部敏弘
  • Organizer: 日本土壌肥料学会本大会 2016年度佐賀大会
  • Place of Presentation: 佐賀大学
  • Year and Date: 2016-09-20
• [Presentation] 強酸性土壌に生育する植物とアルミニウムの関係 (2016)
  • Author(s): 渡部敏弘、前島恵理子
  • Organizer: 日本土壌肥料学会 2016年度佐賀大会
  • Place of Presentation: 佐賀大学
  • Year and Date: 2016-09-20
  • Invited
• [Presentation] Characteristics of phenolics in root cells of Al-tolerant woody plants (2016)
  • Author(s): Eriko Maejima, Syuntaro Hiradate, Mitsuru Osaki, Tadao Wagatsuma, Toshihiro Watanabe
  • Organizer: Plant Biology Europe EPSO/FESPB 2016
  • Place of Presentation: Clarion Congress Hotel Praque
  • Year and Date: 2016-06-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ionomic variation in leaves of 826 plant species growing in the botanical garden of Hokkaido University, Japan (2016)
  • Author(s): Toshihiro Watanabe, Eriko Maejima, Mitsuru Osaki, Takayuki Azuma
  • Organizer: Plant Biology Europe EPSO/FESPB 2016
  • Place of Presentation: Clarion Congress Hotel Praque
  • Year and Date: 2016-06-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Characteristics of root cell components in aluminum-tolerant woody plants (2015)
  • Author(s): Eriko Maejima, Toshihiro Watanabe, Tadao Wagatsuma, Mitsuru Osaki
  • Organizer: The 9th International Symposium on Plant-Soil Interactions at Low pH
  • Place of Presentation: Hotel Ariston （Dubrovnik, Croatia）
  • Year and Date: 2015-10-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Physiological variations in aluminum accumulation in different aluminum-accumulator plant species (2015)
  • Author(s): Toshihiro Watanabe, Eriko Maejima, Shyntaro Hiradate, Jun wasaki, Mitsuru Osaki
  • Organizer: The 9th International Symposium on Plant-Soil Interactions at Low pH
  • Place of Presentation: Hotel Ariston （Dubrovnik, Croatia）
  • Year and Date: 2015-10-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Significant role of the plasma membrane lipid bilayers in aluminum tolerance of plants (2015)
  • Author(s): Tadao Wagatsuma, Eriko Maejima, Toshihiro Watanabe, Md. Shahadat Hossain Khan, Satoru Ishikawa, Keitaro Tawaraya
  • Organizer: The 9th International Symposium on Plant-Soil Interactions at Low pH
  • Place of Presentation: Hotel Ariston （Dubrovnik, Croatia）
  • Year and Date: 2015-10-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] アルミニウム超耐性をもつ木本植物の根に含まれるフェノリクスの特性 (2015)
  • Author(s): 前島恵理子、渡部敏裕、我妻忠雄、大崎満
  • Organizer: 日本土壌肥料学会本大会
  • Place of Presentation: 京都大学（京都府京都市）
  • Year and Date: 2015-09-09
• [Presentation] The characteristics of root cell components of plants (2015)
  • Author(s): Eriko Maejima, Toshihiro Watanabe, Tadao Wagatsuma, Mitsuru Osaki
  • Organizer: Rhizosphere 4 congress
  • Place of Presentation: MECC Maastricht （Maastricht, Netherlands）
  • Year and Date: 2015-06-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Comparative analysis of aluminium accumulation in leaves of several woody aluminium accumulators (2015)
  • Author(s): Eriko Maejima, Toshihiro Watanabe, Syuntaro Hiradate, Steven Jansen, Mitsuru Osaki
  • Organizer: Eleventh Keele Meeting on Aluminium
  • Place of Presentation: Lille (France)
  • Year and Date: 2015-02-28 – 2015-03-05
• [Presentation] Differences and similarities in the characteristics of aluminium accumulation in various aluminium accumulators. (2015)
  • Author(s): Toshihiro Watanabe, Eriko Maejima, Syuntaro Hiradate, Mitsuru Osaki, Steven Jansen
  • Organizer: Eleventh Keele Meeting on Aluminium
  • Place of Presentation: Lille (France)
  • Year and Date: 2015-02-28 – 2015-03-05
• [Presentation] 異なるアルミニウム集積植物の葉におけるアルミニウムの集積形態と分布 (2014)
  • Author(s): 前島恵理子、渡部敏裕、平舘俊太郎、Steven Jansen、大崎満
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2014年度東京大会
  • Place of Presentation: 東京農工大学（東京都・小金井市）
  • Year and Date: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [Book] Aluminum stress adaptation in plants, Signaling and Communication in Plants (2015)
  • Author(s): Tadao Wagatsuma, Eriko Maejima, Toshihiro Watanabe, Md. Shahadat Hossain Khan, and Satoru Ishikawa
  • Total Pages: 274
  • Publisher: Springer International Publishing Switzerland