Plant olfaction: the process of recognizing volatile compounds and converting them into biological signals

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02887
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 38030:Applied biochemistry-related
• Research Institution: Yamaguchi University
• Principal Investigator: Matsui Kenji 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (90199729)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高林 純示 京都大学, 生態学研究センター, 名誉教授 (10197197) ; 渡辺 文太 東京慈恵会医科大学, 医学部, 准教授 (10544637) ; 岡田 憲典 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (20312241)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 植物嗅覚 / みどりの香り / 構造活性相関解析 / カルシウム動態

Outline of Final Research Achievements

To understand the process by which plants perceive volatile compounds and induce defense responses, structure-activity relationship analysis of volatile perception and Ca2+ sensing using GCaMP were conducted. Structure-activity relationship analysis by monitoring induction of ZmCyst gene expression in maize seedlings revealed that maize seedlings specifically recognize the hex-3-en-1-ol structure. On the other hand, when we observed Ca2+ dynamics in GCaMP-expressing Arabidopsis and tomato, we observed Ca2+ influx into the cytosol at high concentrations of volatile compounds, but response was hardly observed at physiologically relevant concentrations, suggesting that Ca2+ influx is not a major event in plant aroma reception.

Free Research Field

植物生理生化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

植物が「嗅覚」を持つことは明らかになっているが、そのメカニズムは不明である。本研究では植物嗅覚が香り化合物の構造を極めて精細に見分けていることを明らかにした。ただ、このシステムは動物嗅覚とは異なるプロセスで香り化合物受容に細胞質へのイオン流入を必須としないことも明らかとなった。こうした知見を集積することで植物嗅覚の全容を明らかにすることが期待できる。また、こうした植物が本来持つ環境適応システムを人為的に制御することも可能になり、これまで発想されていなかっった新しい農業管理システムの開発にも資すると期待できる。