2022 Fiscal Year Research-status Report
Synthesis and characterization of alkali-resistant iron supplying agents for plants inspired from microbial artificial siderophores
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20K05541
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| Research Institution | Kochi University |
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Principal Investigator |
松本 健司 高知大学, 教育研究部総合科学系複合領域科学部門, 講師 (30398713)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上野 大勢 高知大学, 教育研究部総合科学系生命環境医学部門, 教授 (90581299)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | シデロフォア / アルカリ土壌 / 鉄輸送 / 植物栄養代謝 / 還元 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
世界の陸地の3割にも及ぶ石灰質アルカリ土壌は、植物における鉄吸収および光合成を阻害するため作物の育成に不適合であり、急進する食糧需要を満たすため にはこうした土壌の有効利用が求められている。本研究ではアルカリ条件下でも安定なFe(III)錯体を形成する微生物型シデロフォアの特性・構造に着目し、アルカリ土壌でも利用可能な植物用鉄供給剤としての微生物型人工シデロフォアの合成とその機能評価を目的とする。これまでに合成した末端カルボキシル基を有するポリエーテル架橋型ビス(ヒドロキサム)酸型人工シデロフォアはFe(III)錯体が還元されやすく、植物用鉄供給剤として期待される結果が得られたものの、Fe(III)錯体の水溶性が低く、また塩基性条件下でのFe(III)錯体の安定性がまだ低いという新たな課題が生じた。令和４年度においては、これらの課題を解決するべく、ヒドロキサム酸部位を連結しているリンカー骨格をポリエーテルから三級アミノ基を有する二脚型リンカーに変更した人工シデロフォアの合成をおこなった。その結果、得られた人工シデロフォア-Fe(III)錯体は良好な水溶性を持つだけでなく、pH2~9という広いpH領域で安定であることが明らかとなった。また、Fe(III)錯体の還元電位も、ポリエーテルをリンカーにもつ人工シデロフォアと比較して、約50 mV正側にシフトし、より還元されやすいことが判明した。さらに、電位測定の結果、Fe(II)状態が不安定であることが示唆され、植物用鉄供給剤として理想的な性質をもつことが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
前年度に続き、令和4年度においても新型コロナの影響により、十分な研究時間が取れなかったものの、当初予定していた機能性向上を図った微生物型人工シデロフォアおよびそのFe(III)錯体の合成に成功した。UV-visスペクトル測定や酸化還元電位測定の結果から、従来の人工シデ ロフォア-Fe(III)錯体と比較して、塩基性条件下における錯体安定性や被還元性が高い傾向が見られたことから、目標とする「アルカリ土壌でも利用可能な植物用鉄供給剤」としての性質を有していることが示唆された。しかしながら、新規に合成した人工シデロフォア-Fe(III)錯体の植物に対する効果まで調べるには至らなかった。以上の結果から、本研究は当初予定と比べてやや遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和４年度に合成した三級アミノ基を有する二脚型リンカーに変更した人工シデロフォアは、そのFe(III)錯体が良好な水溶性を持つだけでなく、pH2~9という広いpH領域で安定であり、かつ従前の人工シデロフォア-Fe(III)錯体と比較して、より還元されやすい性質を持つことが明らかとなった。このことは、本研究の目的である「アルカリ土壌でも利用可能な植物用鉄供給剤」として理想的な性質を示しており、今後、本人工シデロフォア-Fe(III)錯体の植物に対する効果を検討する。具体的には、これまでと同様に、供試植物としてキュウリを用いて、鉄欠乏状態からの回復効果を葉のクロロフィル量や葉、茎、根中の鉄量などを測定することで調べる。また、鉄輸送に関与する遺伝子の発現量を調べ、微生物型人工シデロフォアを用いた際の植物における鉄輸送の機構解明を目指す。
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| Causes of Carryover |
新型コロナの影響により令和２年度、令和３年度と十分な研究を行うことができず、繰越が続いていたことに加え、令和４年度は学内の分析装置の利用料が半額になったことにより、当初予定よりも予算にかなりの余裕ができたことが理由として挙げられる。漸く新型コロナの状況に目処がつき、従前と同様な研究体制を令和５年度は取れるようになったため、研究期間を１年間延長し、繰り越した予算を用いて当初の研究目的の達成を目指す。
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