Ion transport analysis in plant roots using complementary methods: radioisotopes, microelectrodes, and fluorescence probes

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19KK0148
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 38:Agricultural chemistry and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Tanoi Keitaro 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (90361576)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小林 奈通子 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (60708345) ; 杉田 亮平 名古屋大学, アイソトープ総合センター, 講師 (60724747)
• Project Period (FY): 2019-10-07 – 2024-03-31
• Keywords: 放射性同位体 / 微小電極法 / 蛍光プローブ / イオン

Outline of Final Research Achievements

This study aims to elucidate the transport mechanisms of magnesium ions (Mg2+) and sodium ions (Na+) in plant roots. To achieve this goal, we employed three complementary methods: radioactive isotopes, microelectrodes, and fluorescent probes, to analyze ion uptake and efflux rates as well as cytoplasmic ion concentrations. The function of the Na+ efflux protein SOS1 was quantitatively demonstrated using the radioactive isotope Na-22, and the microelectrode method clarified Na+ efflux at the cellular level. Furthermore, using Mg-28, we elucidated the transport pattern of Mg from roots to leaves in plants unable to maintain Mg concentrations, and successfully applied Mg2+ fluorescent probes to plants.

Free Research Field

放射線植物生理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の学術的意義は、放射性同位体、微小電極、蛍光プローブという三つの独立した手法を組み合わせることで、植物根のイオン輸送メカニズムを定量的・定性的かつ経時的に解析できることを示した点にある。この手法の組み合わせにより、従来の単一手法では得られなかった詳細なデータを取得でき、イオン輸送研究に新たなアプローチを提供することができた。社会的意義としては、根のNa+排出機能を定量的に解明し、この機能を強化することで耐塩性植物の育成が可能になる基盤情報を提供した点が挙げられる。この成果は、塩類土壌での農業対策に貢献し、持続可能な農業の発展に寄与する。