Relationship between the hydrogen peroxide leakage from monocot root and its flooding tolerance

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K07651
• Research Institution: National Agriculture and Food Research Organization
• Principal Investigator: 乙部 和紀 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 中央農業研究センター, 主席研究員 (50355517)
• Project Period (FY): 2016-10-21 – 2020-03-31
• Keywords: 耐湿性 / 過酸化水素 / 単子葉植物 / 根圏

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、過酸化水素（HP）の酸素供給能に着目して「根からのHP漏出性は耐湿性機序に関わる」との仮説を設定し、これを検証することを目的とする。2018年度は、過年度に実施した耐湿性データ既知のトウモロコシ染色体部分置換系統（IL）を用いて見いだされた種子根HP漏出性と耐湿性との関連性（弱い負の相関）に依拠して、「漏出HP量の多寡が耐湿性を左右する機序にはHPの根圏酸化作用が鍵となる」という、より明確な仮説を設定し、酸化還元指示薬による根圏でのHP漏出状態の可視化を試みた。
シリカヒドロゲル培地を用い、養分・温度・光環境を同一条件にそろえて発芽・生長させた幼苗に対し、還元指示薬となるメチレンブルーまたはプルシアンブルーを所定濃度のガンボーグB5培地で希釈した溶液を添加して、湛水状態の有無による色調変化を調べた。湛水なしの場合には根圏が大気に接しやすいために酸化状態を保つことから色素は青色を保つのに対して、湛水状態では根圏の大気による酸化が妨げられるために、ひとたび還元状態が成立すると色調が無色（白色）に移行する。更に一般的な知見として植物の根は土壌中の金属イオン等を吸収するために有機酸類を放出することが知られており、有機酸の還元作用により培地中の指示薬が無色化することを利用した。
耐湿性の強弱が明瞭なMi29＜IL18＜テオシントを用いて、湛水下根圏の還元状態移行の様子を観察したところ、テオシントが一貫して青色を維持したのに対して、Mi29はいち早く白色に移行し、次いでIL18が白色に移行しつつも、根及びその近傍が青色に戻る様子が観察された。ただし、この現象は根からの有機酸放出量にも左右されることから、この結果を直ちにHP漏出性の強弱と結びつけられないが、テオシントに関しては湛水下においても根からのHP及び有機酸類の漏出が少ないことが示唆された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初目標であったトウモロコシの耐湿性と根から放出される過酸化水素量との関係性を示す実験結果を得て仮説検証がなされると共に、根圏の酸化還元状態可視化手法を導入して更なる機序解明に進む端緒を得られたため。

Strategy for Future Research Activity

HPによる根圏の酸化と根が放出する有機酸とのバランスを加味した解析が不可欠である。

Causes of Carryover

2018年度の研究過程で、根から同時に放出される有機酸の影響を加味することにより、当該仮説を更に精緻化した成果公表が実現できる可能性が見いだされた。そのため2019年度は、過年度までに得られた有機酸効果を加味してデータの解析を進め、成果公表につなげる予定であることから、差額を学会発表等の費用として使用予定。