The stress signaling effect of allantoin and its molecular mechanism of action: a new avenue to plant ureide research

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K06725
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 44030:Plant molecular biology and physiology-related
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: Sakamoto Atsushi 広島大学, 統合生命科学研究科(理), 教授 (60270477)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ストレス応答 / 遺伝子発現 / 小胞体動態 / アブシシン酸 / ウレイド / プリン代謝 / シロイヌナズナ

Outline of Final Research Achievements

We have shown that allantoin, a representative ureido compound that serves in nitrogen storage and transport in plants but accumulates under hostile environments, stimulates gene and subcellular responses involved in abiotic stress and related to abscisic acid. Increased allantoin levels caused dynamic changes in the endoplasmic reticulum system, which activated a specific hydrolytic enzyme localized there to generate abscisic acid from its physiologically inactive glucose conjugate. Furthermore, we suggested that the heterocyclic ring structure is critical for its action on these molecular and subcellular processes.

Free Research Field

植物分子・生理科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

近年，既知の代謝化合物が有する別機能の発見が相次いでおり，特に植物では多様な低分子量の代謝物質が生理機能の調節や活性化に関わっていると推定される。植物生理におけるアラントインの役割が窒素栄養の有効利用に留まらず，ストレス応答の活性化を通じ環境適応にも関わることを示した本研究の成果は，代謝の多機能性の例証を通じ，固着性が故に代謝を機軸として植物が進化させてきた生存戦略の理解に貢献するものである。アラントインは安価で生物分解性に優れたファイトケミカルであり，植物環境応答のケミカルコントロールに適用可能なため,農業生産や作物栽培などへの応用が期待される。