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Characterization of long-chain polyamines in silica bodies and functional analysis in silica formation

Research Project

Project/Area Number 20K05710
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 37010:Bio-related chemistry
Research InstitutionAkita Prefectural University

Principal Investigator

Ozaki Noriaki  秋田県立大学, 生物資源科学部, 准教授 (50468120)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywordsイネ / ケイ酸 / シリカ / セルロースナノファイバー / 長鎖ポリアミン / 有機マトリックス / バイオミネラリゼーション / ポリアミン / 脂質輸送タンパク質
Outline of Research at the Start

長鎖ポリアミン(LCPA)はシリカを形成する珪藻、海綿、細菌でのみ報告されており、ケイ酸の重合に対して中心的な役割を果たす。一方、ケイ酸集積植物であるイネ科を含む高等植物では未報告である。
本研究ではイネのケイ酸体から発見したLCPA様分子を同定し、ケイ酸重合活性との関連を明らかにする。また、ケイ酸体内部に含まれている脂質輸送タンパク質(LTP)とLCPAの相互作用解析、免疫組織化学的手法による両基質の局在解析を行い、高等植物では初となるシリカ形成の分子機構解明を目指す。

Outline of Final Research Achievements

Rice plants form silica bodies composed mainly of amorphous silica in leaf blades and rice husks to protect the plant body from various environmental stresses. Despite this importance, the molecular mechanism of silica formation has remained unclear in higher plants. This study researhed isolated silica bodies from rice leaf blades and we proposed a model in which the organic matrix in silica involves the co-operation of cellulose nanofibres and organic molecules assumed to be long-chain polyamines, which are involved in silica formation. However, the candidate molecules were not identified during the study period and the analysis is still continueing. The Long-chain polyamines have been found in biosilica-forming diatoms, marine sponges and some bacteria, but are still not found in the higher plants.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

生物がケイ酸を重合し、シリカを作るバイオミネラリゼーションの分子メカニズムは珪藻、海綿、細菌で既に解明されているが、植物では未解明のままであった。本研究の成果により、イネのケイ酸体にはセルロースナノファイバー(CNF)とタンパク質、長鎖ポリアミン様分子が存在することが明らかとなった。研究期間中にポリアミンを同定することはできなかったが、バイオミネラリゼーションという視点で捉えると例えば甲殻類(ザリガニ)の石灰化に見られる不溶性有機マトリックスであるキチンファイバーと可溶性有機マトリックス(タンパク質、ペプチド)が協同して非晶質炭酸カルシウムを形成する仕組みと類似していることが明らかになった。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2023 2022 2021 2020 Other

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results) Remarks (3 results)

  • [Journal Article] One of the isoamylase isoforms, CMI294C, is required for semi-amylopectin synthesis in the rhodophyte Cyanidioschyzon merolae2022

    • Author(s)
      Maeno Toshiki、Yamakawa Yuki、Takiyasu Yohei、Miyauchi Hiroki、Nakamura Yasunori、Ono Masami、Ozaki Noriaki、Utsumi Yoshinori、Cenci Ugo、Colleoni Christophe、Ball Steven、Tsuzuki Mikio、Fujiwara Shoko
    • Journal Title

      Frontiers in Plant Science

      Volume: 13 Pages: 967165-967165

    • DOI

      10.3389/fpls.2022.967165

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Cellulose intrafibrillar mineralization of biological silica in a rice plant2021

    • Author(s)
      Eri Nakamura, Noriaki Ozaki, Yuya Oaki, Hiroaki Imai
    • Journal Title

      Scientific reports

      Volume: 11 Issue: 1 Pages: 7886-7886

    • DOI

      10.1038/s41598-021-87144-8

    • Related Report
      2021 Research-status Report 2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] イネのシリカ(ケイ酸体)形成の謎に迫る2020

    • Author(s)
      尾﨑紀昭
    • Journal Title

      アグリバイオ

      Volume: 4 Pages: 83-87

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      第16 回バイオミネラリゼーションワークショップ
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      中村江里,緒明佑哉,尾崎紀昭,今井宏明
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      第15回バイオミネラリゼーションワークショップ
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    • Author(s)
      Toshiaki Nose, Keiju Okano, Naoko Fujita, Jun Murata, Hajime Muraguchi, Noriaki Ozaki, Michinori Honma, Ryota Ito
    • Organizer
      The 27th International Display Workshops (IDW '20)
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    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 秋田県立大学・尾崎紀昭研究室ホームページ最新情報

    • URL

      https://sites.google.com/view/noriakiozaki-lab/

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  • [Remarks] 秋田県立大学生物資源科学部応用生物科学科運営HP研究室リスト

    • URL

      https://www.akita-pu.ac.jp/bioresource/DBT/Lab_list.html

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  • [Remarks] 尾﨑紀昭研究室(個人のHP)

    • URL

      https://sites.google.com/view/noriakiozaki-lab/

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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