Analysis of pyrophosphate regulation in plant

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 16K18687
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Applied biochemistry
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Shoji Segami 名古屋大学, 生命農学研究科, 研究員 (00765935)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: ピロリン酸 / 糖代謝 / 細胞壁 / 窒素 / シロイヌナズナ

Outline of Final Research Achievements

Pyrophosphate (PPi) is a byproduct of essential biosynthesis reactions including nucleic acid and cell wall, therefore PPi have to be removed from cytosol for thermodynamic reason. However, PPi regulating mechanism in plant, which possess PPi utilizing enzymes and requires adequate PPi concentration, had been unknown.
We revealed that PPi degradation is predominantly assumed by vacuolar H+-pyrophosphatase, and subsidiarily by soluble pyrophosphatases which found all organisms. We developed multidisciplinary analysis for PPi metabolism e.g. supplied nitrogen affect PPi production in leaves and root tip columella specific accumulation of starch is concerned with PPi accumulation.

Free Research Field

植物生理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ピロリン酸(PPi)はすべての生物に存在する基本代謝物質である。植物ではPPiが生長調節因子、またエネルギードナーとして働いていることが考えられるが、PPiの濃度調節は合成側ではなく分解酵素であるH+-PPaseとsPPaseが主に担うことを明らかにした。遺伝子破壊株を用いた解析によりPPi濃度は糖代謝を変動させ、細胞壁・デンプン・貯蔵油脂の含量が変化することを見出した。これらの知見から、様々な細胞が持つ固有の代謝要求を満たすためPPi濃度がそれぞれの細胞に応じて調節されている可能性を検証しており、道半ばではあるがその証拠を掴みつつある。以降の研究により実証を目指している。