Elucidation of the molecular mechanism of the innovative fertilizer that greens the desert: unknown function search of phytosiderophore

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02851
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 37030:Chemical biology-related
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: NAMBA Kosuke 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(薬学域), 教授 (50414123)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 村田 佳子 公益財団法人サントリー生命科学財団, 生物有機科学研究所・統合生体分子機能研究部, 特任研究員 (60256047) ; KARANJIT SANGITA 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(薬学域), 助教 (60784650) ; 中山 淳 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 講師 (60743408)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ムギネ酸 / アルカリ性不良土壌 / プロリンデオキシムギネ酸 / 鉄イオントランスポーター / 沙漠肥料 / 蛍光分子 / 蛍光標識試薬 / ファイトシデロフォア

Outline of Final Research Achievements

Toward practical use of PDMA, a next-generation fertilizer that enables agriculture in alkaline infertile soil, we worked on elucidating the plant growth promotion mechanism of PDMA and developing an efficient synthetic method that is applicable on a large scale. It was revealed that PDMA promotes plant growth by same mechanism as natural mugineic acids, and the 3D structure of the transporter that incorporates the PDMA-Iron complex was elucidated by Cryogenic Electron Microscopy. In addition, an epoch-making synthetic method has been developed that supplies PDMA from inexpensive starting materials in just two steps. We have also succeeded in developing the most compact fluorescent labeling reagent, TAP-VK1, which can track the behavior of small biologically active compounds in the cells and tissues.

Free Research Field

ケミカルバイオロジー

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

全世界の陸地の約１／３は農耕に適さないアルカリ性の不良土壌（沙漠土壌）で占められている。本不良土壌での農業が可能となれば、世界での大幅な食糧増産が可能となりSDGs「2. 飢餓をゼロに」の実現が可能と期待できる。これまでにPDMAがアルカリ性不良土壌でもイネを正常に生育させる画期的な肥料であることを明らかにしてきたが、本研究ではPDMAの植物成長促進機構およびPDMAを取り込むトランスポーターの３次元構造を世界で初めて解明し、超効率的なPDMAの合成法の確立にも成功した。これらの研究成果により、沙漠土壌での農耕の実現に向けて大きく前進した。