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Elucidation of the mechanism of phototropism and gravitropism of higher plants

Research Project

Project/Area Number 19K22268
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 38:Agricultural chemistry and related fields
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

Shigemori Hideyuki  筑波大学, 生命環境系, 教授 (70202108)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 平 修  福島大学, 食農学類, 教授 (30416672)
Project Period (FY) 2019-06-28 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Keywords光屈性 / 重力屈性 / 屈性制御物質 / raphanusanin / MTBI / Bruinsma-Hasegawa説 / MSイメージング / Raphanusanin / Erucin / DIBOA / イメージングMS / DIMBOA / メカニズム解明
Outline of Research at the Start

植物の光[重力]屈性のメカニズムは、オ-キシンが関与するというCholodny-Went 説で説明されてきたが、近年、成長抑制物質が関与するというBruinsma-Hasegawa説 が提唱されている。そこで本研究では、後者の説に基づき、光[重力]屈性刺激の感受から、光[重力]屈性制御物質を介した光側[上側]組織の細胞の伸長抑制、光[重力]方向への屈曲といった一連の作用メカニズムについて、生物有機化学的手法を用いて分子レベルから解明する。

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this study was to elucidate the mechanism of phototropism and gravitropism in plants using MTBI and raphanusanin, which are phototropism and gravitropism-regulated substances. Total syntheses of these tropism-regulated substances was carried out, various derivatives thereof were synthesized, and the structure-activity relationship of these compounds was investigated to identify the structural site important for the expression of activity. In addition, biological activity tests related to various tropism phenomena were conducted using these tropism-regulated substances, and the regulated mechanism was elucidated. Furthermore, using MS imaging, it was elucidated that these tropism-regulated substances were deviated and distributed at the tropic site. From the above, the results support the Bruinsma-Hasegawa theory that the tropism-regulated substances are involved in phototropism and gravitropism.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

Oxford大学やCambridge大学など海外の著名な大学の教科書にBruinsma-Hasegawa説が記載されているものの、日本の高校の生物の教科書では相変わらず Darwin, Boysen-Jensen, Wentらの古典的な実験が図解入りで記載されており、Cholodny-Went説によって光屈性のメカニズムが説明され、大学入試でも出題されている。本研究を通して光屈性および重力屈性の全容が分子レベルから解明されることによって、生物の教科書が改訂・補完されることになれば、学術の面だけでなく教育の面においても極めて重要な意義がある。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2021 2020 2019

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Synthesis and bioactivity of 4-methylthio-3-butenylisothiocyanate and raphanusanin, phototropism-regulating substances of radish hypocotyls2021

    • Author(s)
      Noguchi Yoshiki、Watanabe Ryoko、Arai Atsushi、Yamada Kosumi、Hasegawa Koji、Horinouchi Taeko、Watanabe Hidenori、Shigemori Hideyuki
    • Journal Title

      Tetrahedron Letters

      Volume: 71 Pages: 153025-153025

    • DOI

      10.1016/j.tetlet.2021.153025

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Imaging of Multiple Plant Hormones in Roots of Rice (Oryza sativa) Using Nanoparticle-Assisted Laser Desorption/Ionization Mass Spectrometry2020

    • Author(s)
      Katsuhiro Shiono 、Shu Taira
    • Journal Title

      Journal of Agricultural and Food Chemistry

      Volume: 0 Issue: 24 Pages: 6770-6775

    • DOI

      10.1021/acs.jafc.0c00749

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Bioactive Compounds Involved in the Life Cycle of Higher Plants2019

    • Author(s)
      Hideyuki Shigemori
    • Journal Title

      Progress in the Chemistry of Organic Natural Products

      Volume: 109 Pages: 385-413

    • DOI

      10.1007/978-3-030-12858-6_2

    • ISBN
      9783030128579, 9783030128586
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Elucidation of the Mechanism of Bioactive Substances involved in Tropisms of Radish Hypocotyls2021

    • Author(s)
      H. Shigemori, Y. Noguchi, R. Watanabe, S. Yamazoe, H. Watanabe, K. Yamada, and K. Hasegawa
    • Organizer
      2020 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 光屈性制御物質を用いたダイコン光屈性メカニズムの生物有機化学的研究2021

    • Author(s)
      野口 美輝、渡邉 諒子、渡邉 秀典、山田 小須弥、繁森 英幸
    • Organizer
      日本農芸化学会2021年度大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] ライムギ幼葉鞘の屈性現象における屈性制御物質の役割2020

    • Author(s)
      市川 絵梨、繁森 英幸、山田 小須弥
    • Organizer
      植物化学調節学会第55回大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] ダイコン光屈性制御物質Raphanusanin類の構造活性相関2019

    • Author(s)
      野口美輝、渡邊諒子、荒井厚志、堀之内妙子、渡邉秀典、繁森英幸
    • Organizer
      新規素材探索研究会第18回セミナー
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] ダイコン光屈性制御物質の構造活性相関2019

    • Author(s)
      野口美輝、渡邉諒子、荒井厚志、堀之内妙子、渡邉秀典、山田小須弥、繁森英幸
    • Organizer
      日本農芸化学会関東支部2019年度支部大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] ベンゾキサジノイドによるトウモロコシ芽生えの光屈性・重力屈性メカニズムの解明2019

    • Author(s)
      西久保はるか、山田小須弥、長谷川宏司、Jander Georg、繁森英幸
    • Organizer
      日本農芸化学会関東支部2019年度支部大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] ベンゾキサジノイド化合物によるトウモロコシ芽生えの光屈性・重力屈性メカニズムの解明2019

    • Author(s)
      西久保はるか、山田小須弥、長谷川宏司、Jander Georg、繁森英幸
    • Organizer
      第61回天然有機化合物討論会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] トウモロコシの光屈性・重力屈性におけるベンゾキサジノイド化合物の役割2019

    • Author(s)
      西久保はるか、山田小須弥、Jander Georg、繁森英幸
    • Organizer
      植物化学調節学会第54回大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 光屈性制御物質を用いたダイコン光屈性制御機構の解明2019

    • Author(s)
      野口美輝、渡邉諒子、荒井厚志、堀之内妙子、渡邉秀典、山田小須弥、繁森英幸
    • Organizer
      植物化学調節学会第54回大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] ライムギ幼葉鞘における屈性制御物質の構造と機能2019

    • Author(s)
      市川絵梨、繁森英幸、山田小須弥
    • Organizer
      植物化学調節学会第54回大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 植物の知恵ーその謎解きー2019

    • Author(s)
      繁森英幸
    • Organizer
      理研シンポジウム 高磁場・高感度NMR利活用促進のための天然物分野シンポジウム2019
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Invited
  • [Book] 植物の多次元コミュニケーション2019

    • Author(s)
      長谷川 宏司、広瀬克利、井上 進
    • Total Pages
      270
    • Publisher
      大学教育出版
    • ISBN
      9784864299930
    • Related Report
      2019 Research-status Report

URL: 

Published: 2019-07-04   Modified: 2023-01-30  

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