Promotion of plant growth and secondary metabolite biosynthesis by combination of UV stress and photorepair

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H03105
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 41040:Agricultural environmental engineering and agricultural information engineering-related
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: Hikosaka Shoko 千葉大学, 大学院園芸学研究院, 准教授 (50345188)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉田 英生 千葉大学, 大学院園芸学研究院, 助教 (40729852) ; 加川 夏子 千葉大学, 環境健康フィールド科学センター, 講師 (60467686)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 光修復 / 暗修復 / シクロブタン型ピリミジン二量体（CPD） / 青色光 / 紫外線（UV) / フォトリアーゼ / 薬用植物 / 人工環境下

Outline of Final Research Achievements

UV-B irradiation increases the concentration of functional compounds in leafy vegetables. However, it often causes visible damage and growth inhibition depending on the radiantion flux density. One of the causes of growth inhibition is the generation of cyclobutane-type pyrimidine dimer (CPD) on DNA leading to the transcriptional inhibition. To date, there have been no reports focusing on CPD in plants other than rice. Therefore, in this experiment, we clarified the accumulation of CPD by UVB irradiation, and the effect of photorepair by blue light or dark repair without blue light on growth and CPD accumulation of komatsuna as a leafy vegetable and Japanese honeysuckle as a medicinal plant. In particular, we investigated in detail the changes in CPD over time due to UVB irradiation and light/dark repair, and clarified the response time of the repair mechanism.

Free Research Field

環境調節工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

光修復の存在や機能についての基礎的知見は多数蓄積されており、動物細胞や昆虫では利用に関する研究も存在する。しかし、植物では主にシロイヌナズナやイネでその構造と修復機能の報告があるのみで、実用的な研究は見当たらない。本研究では、これまで基礎的知見があるものの、その応用研究が少ない「植物の光修復の機能確認と利用方法」について明らかにした点で学術的にも社会的にも意義がある。特に、UVBによる生育抑制が軽減される照射量や時間を明らかにしたことで、UVBによる収量低下を回避しながら従来よりも高品質な機能性野菜や薬用植物の生産が可能となる。また、二次代謝物質を効率的に蓄積させる技術にも応用可能である。