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環境変動による酸性土壌突破に向けた分泌性多糖類による毒性金属緩和機構の解明

Research Project

Project/Area Number 23K05487
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 41050:Environmental agriculture-related
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

岩井 宏暁  筑波大学, 生命環境系, 准教授 (30375430)

Project Period (FY) 2023-04-01 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywords細胞壁多糖類 / 重金属 / 細胞壁
Outline of Research at the Start

細胞壁多糖類が毒性金属と結合し排除するという新しい毒性緩和方法を調べることで、ストロンチウムや銅などの重金属に対応する毒性緩和機構解決に挑む。戦略として(1)新規の毒性金属毒性緩和分泌性多糖類マーカーの探索、(2)現在までに確立した細胞壁改変イネを用いた重金属ストレス時の細胞壁による 金属イオン排除過程の短寿命RIによる可視化、(3)本研究室で同定された細胞壁センサー
による情報伝達機構を調査、(4)多糖類と結合するアルミニウム、銅、鉛、ストロンチウムなどの毒性金属においても同様に解析することにより、毒性金属毒性緩和における細胞壁多糖類の機能解明を行う。

Outline of Annual Research Achievements

現在までに確立した細胞壁改変イネとQST-高崎研でのPETIS法によるリアルタイム元素動態解析による金属動態の可視化を用いることで、毒性金属ストレス時の細胞壁による毒性金属排除過程の調査および、申請者により同定された細胞壁センサーWall associated kinaseによる情報伝達機構を調査することにより、多糖類分泌による毒性金属緩和機構の解明を行うことが第1の目的ある。さらに新規の毒性金属毒性緩和分泌性多糖類マーカーの探索、そしてアルミに加え、銅、鉛、ストロンチウムなどの植物の分泌性多糖類との結合の報告があるものについて毒性緩和機構を調査し、毒性金属毒性緩和分泌性多糖類の新規開拓する。
申請者が保有する細胞壁改変イネより、アルミニウム、銅、鉛、ストロンチウムなどの毒性毒性金属存在下で生育させ、根の伸長に影響を与えた株をスクリーニングし、その原因となった細胞壁成分について生化学的な調査を行う。ペクチンが有効な候補であることが現在までの研究でわかっている。ペクチン量およびペクチンメチル化酵素KO株を用いて、アルミニウム、銅をはじめとした毒性金属の動態をPETIS法によるRIを用いたリアルタイム元素動態解析により調査する候補として上がってきた細胞壁マーカーについて、それらに相当する細胞壁誘導性WAKについて、調査を行う。有力な分泌性多糖類であるペクチンとの結合について報告のある毒性金属である鉛、ストロンチウムなどについても、細胞壁改変イネと金属輸送体変異イネおよびRIを用いたPETIS法での可視化による解析を行う。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

植物の成長とアルミニウムとペクチン量、メチル化度の関係について明らかにし、アルミニウムとペクチンに関する論文を発表するとともに、さらに、銅などの毒性金属の動態をPETIS法を用いたリアルタイム元素動態解析に成功し、ペクチンの量だけでなくメチル化による修飾が重要であることを突き止めた。これにより、メチル化を制御するカテキンの一種であるエピカロカテキンガレート(EGCG)を処理した際に、ペクチンの量と質を変化させることで毒性金属の緩和作用があることを発見し、特許を申請した。また、野生型のイネにおいて、ストロンチウム処理により根の伸長量が減少したが、EGCGを添加するとその減少が緩和されることが明らかになり、EGCGがイネの根におけるストロンチウムの毒性を緩和することが分かった。さらに、EGCGはペクチンの分泌量を増加させることから、イネの根におけるストロンチウムへの応答や毒性の緩和においてペクチンが関与している可能性が示唆された。また、重金属処理を受けたイネでは、ペクチンが減少し、歪み率が低下し、セルロースの量が増加し、強度が増加したため、しなやかで柔軟な茎や葉が欠けていた。しかしまだ、細胞壁環境を細胞内へと連絡するwall-associated kinaseの、重金属緩和に関する計画が進んでいないため、さらに本件についても進行する予定である。また、アルミニウムと細胞壁との間の関係についての知見を論文としてまとめる予定である。

Strategy for Future Research Activity

概ね計画通り進行しているため、計画に沿って研究を行う。特に力学的特性の変化などに着目し、新しい着眼点を加えながら実験を行いたい。一方で、完成してきたデータについては、今年度中に論文として発表することを計画している。細胞壁環境を細胞内へと連絡するwall-associated kinaseの、重金属緩和に関する計画が進んでいないため、さらに本件についても進行する予定である。

Report

(1 results)
  • 2023 Research-status Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2024 2023

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Maintenance of Methyl-Esterified Pectin Level in Pollen Mother-Cell Stages Is Required for Microspore Development2023

    • Author(s)
      Hasegawa Kazuya、Ichikawa Ai、Takeuchi Haruki、Nakamura Atsuko、Iwai Hiroaki
    • Journal Title

      Plants

      Volume: 12 Issue: 8 Pages: 1717-1717

    • DOI

      10.3390/plants12081717

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Differing structures of galactoglucomannan in eudicots and non-eudicot angiosperms2023

    • Author(s)
      Ishida Konan、Ohba Yusuke、Yoshimi Yoshihisa、Wilson Louis F. L.、Echevarr?a-Poza Alberto、Yu Li、Iwai Hiroaki、Dupree Paul
    • Journal Title

      PLOS ONE

      Volume: 18 Issue: 12 Pages: e0289581-e0289581

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0289581

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Plasmodesmata callose binding protein 2 contributes to the regulation of cambium/phloem formation and auxin response during the tissue reunion process in incised Arabidopsis stem2023

    • Author(s)
      Ohba Yusuke、Yoshihara Sakura、Sato Ryosuke、Matsuoka Keita、Asahina Masashi、Satoh Shinobu、Iwai Hiroaki
    • Journal Title

      Journal of Plant Research

      Volume: 136 Issue: 6 Pages: 865

    • DOI

      10.1007/s10265-023-01494-0

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 細胞壁ペクチンによるアルミニウム毒性緩和機構2023

    • Author(s)
      長山照樹、岩井宏暁
    • Journal Title

      アグリバイオ

      Volume: 7 Pages: 52-54

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 小胞子形成における花粉母細胞のペクチンメチルエステル化制御の役割2024

    • Author(s)
      長谷川和也; 市川愛; 竹内春樹; 中村敦子; 岩井 宏暁
    • Organizer
      第65回日本植物生理学会年会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] トマトの Ca 欠乏から再添加した条件における生殖成長への影響2024

    • Author(s)
      曽山紀瑛; Clarissa F. Frederica; 向井彩賀; IRVING LOUIS JOHN; 岩井宏暁
    • Organizer
      第65回日本植物生理学会年会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Analysis of regulatory mechanisms of cell wall construction during fruit morphological changes under calcium deficiency conditions in Tomato (Solanum lycopersicum) cv. 'Micro Tom’2023

    • Author(s)
      曽山紀瑛; 宮越茜里; 杉山晴香; 板野愛都; 古川純; 岩井 宏暁
    • Organizer
      The 4th Asian Horticultural Congress
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Analysis of regulatory mechanisms of cell wall construction during fruit morphological changes under calcium deficiency conditions in Tomato (Solanum lycopersicum) cv. 'Micro Tom’2023

    • Author(s)
      曽山紀瑛; 宮越茜里; 宮地桃子; 杉山晴香; 板野愛都; 佐藤忍; 古川純; 岩井 宏暁
    • Organizer
      The 33rd International Conference on Arabidopsis Research
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Roles of At2-MMP during tissue reunion in incised Arabidopsis inflorescence stem2023

    • Author(s)
      アフィファ マフド; 小柴陵; 大場裕介; ウィラサク ピタクサリンカン; 朝比奈雅史; 檜垣匠; 佐藤忍; 岩井宏暁
    • Organizer
      The 33rd International Conference on Arabidopsis Research
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] イネのアルミニウム障害に よる細胞壁多糖類の変化2023

    • Author(s)
      辰己朱; 寺本あゆみ; 長山輝樹; 中村敦子; 岩井 宏暁
    • Organizer
      日本植物学会第87回大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Role of Jacalin-like lectin in cell division during tissue-reunion process in Arabidopsis2023

    • Author(s)
      Iwai Hiroaki; アフィファ マフド; 小柴陵; 大場裕介; 朝比奈雅史; 佐藤忍
    • Organizer
      日本植物学会第87回大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] イネの側根形成におけるペ クチンメチル基転移酵素遺 伝子の機能解析2023

    • Author(s)
      重川羽純; 辰己朱; 寺本あゆみ; 長谷川和也; 中村敦子; 岩井 宏暁
    • Organizer
      日本植物学会第87回大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 植物成 長促 進剤 及び イネ科植物の 生育 方法2023

    • Inventor(s)
      岩井宏暁
    • Industrial Property Rights Holder
      岩井宏暁
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2023-112547
    • Filing Date
      2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report

URL: 

Published: 2023-04-13   Modified: 2024-12-25  

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