Molecular Mechanism of recognition of external information in seeds against low temperature plasma irradiation

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H01893
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 14030:Applied plasma science-related
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: Koga Kazunori 九州大学, システム情報科学研究院, 教授 (90315127)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 朽津 和幸 東京理科大学, 理工学部応用生物科学科, 教授 (50211884) ; 石橋 勇志 九州大学, 農学研究院, 准教授 (50611571) ; 奥村 賢直 九州大学, システム情報科学研究院, 助教 (60801149) ; Attri Pankaj 九州大学, プラズマナノ界面工学センター, 准教授 (40868361)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: プラズマ農業 / 種子科学 / 活性酸素窒素種 / エピジェネティクス / 遺伝子発現 / 電子スピン共鳴分光 / 休眠状態 / 低温プラズマ

Outline of Final Research Achievements

In this study, we aimed to clarify "what is the optimum physiological state of seeds for plasma irradiation". We found that the sensitivity of seeds to plasma irradiation changes depending on seed aging and seed coat color. The effect of plasma irradiation changes depending on the state of seeds even under the same irradiation conditions. The study also revealed that plasma irradiation can alter DNA modifications in seeds. The response to plasma irradiation differs depending on the dormancy state of seeds. For our developed scalable dielectric barrier discharge plasma, its growth-promoting effect was greater when seeds were in a deeper dormancy state.

Free Research Field

プラズマ理工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

プラズマ照射した種子の発芽・成長促進効果は、新しい農業生産性向上法として期待されている。しかしながら、実用化のためには、プラズマ照射効果にばらつき抑制が課題であった。本研究では、プラズマ照射効果のばらつきの原因のひとつとして、種子の状態（保存状態、種子の色、休眠状態）が重要であることを明らかにしたものである。この成果は、種子へのプラズマ照射効果の機序解明のために重要知見を与えるものである。加えて、プラズマから種子へ照射される、活性酸素窒素種、電場、UV光子を網羅的に明らかにすることに成功した。この成果は、プラズマ照射効果の定量評価を可能にするものである。