2022 Fiscal Year Final Research Report

Structural and chemical properties of non-cellulosic cell wall polymers contributing to mechanical strength of plants

Planned Research

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Project Area	Elucidation of the strategies of mechanical optimization in plants toward the establishment of the bases for sustainable structure system
Project/Area Number	18H05495
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
Allocation Type	Single-year Grants
Review Section	Complex systems
Research Institution	Saitama University
Principal Investigator	Kotake Toshihisa 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (20334146)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	石水毅立命館大学, 生命科学部, 教授 (30314355)
Project Period (FY)	2018-06-29 – 2023-03-31
Keywords	アラビノガラクタン-プロテイン / ペクチン / 糖質分解酵素 / 植物細胞壁 / 誘導発現系
Outline of Final Research Achievements	This study focused on the molecular functions of plant extracellular proteoglycans, arabinogalactan-proteins (AGPs) and pectin to clarify how non-cellulosic polysaccharides contribute to mechanical properties of plants. We generated transgenic Arabidopsis expressing fungal glycoside hydrolases specific to the glycan moieties of AGP. The degradation of AGPs changed the mechanical properties of cell walls causing severe dwarf phenotypes in Arabidopsis seedlings. Cell wall analysis suggested that AGPs are required for normal cellulose synthesis. We also identified rhamnogalacturonan (RG)-I L-rhamnosyltransferases, RRTs, in Arabidopsis. In addition, arabinan side chains of RG-I was shown to affect mechanical properties of cell wall via cell adhesion and cell shape regulation.
Free Research Field	植物糖鎖生物学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	AGPとペクチンは植物細胞壁の多糖類の中で最も複雑な構造をもつ分子であり、生体内でのはたらきはよくわかっていない。AGPの糖鎖主鎖の破壊が起こる植物を作出し、AGPが細胞形態や組織形態の制御に関わることを示した。また、本研究ではペクチンの主要なドメインの一つであるRG-Iの主鎖合成酵素を初めて同定した。また、RG-Iが少なくとも胚軸では細胞接着などを介して整った組織形態の形成に寄与し、RG-IIとの間に部分的な機能重複が存在することが明らかになった。細胞壁の屋台骨とも言われるセルロースに加えて、これらの非セルロース性成分も植物体の優れた物理的性質に寄与していることが示唆された。