Characterization of long-chain polyamines in silica bodies and functional analysis in silica formation

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05710
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 37010:Bio-related chemistry
• Research Institution: Akita Prefectural University
• Principal Investigator: Ozaki Noriaki 秋田県立大学, 生物資源科学部, 准教授 (50468120)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: イネ / ケイ酸 / シリカ / セルロースナノファイバー / 長鎖ポリアミン / 有機マトリックス

Outline of Final Research Achievements

Rice plants form silica bodies composed mainly of amorphous silica in leaf blades and rice husks to protect the plant body from various environmental stresses. Despite this importance, the molecular mechanism of silica formation has remained unclear in higher plants. This study researhed isolated silica bodies from rice leaf blades and we proposed a model in which the organic matrix in silica involves the co-operation of cellulose nanofibres and organic molecules assumed to be long-chain polyamines, which are involved in silica formation. However, the candidate molecules were not identified during the study period and the analysis is still continueing. The Long-chain polyamines have been found in biosilica-forming diatoms, marine sponges and some bacteria, but are still not found in the higher plants.

Free Research Field

バイオミネラリゼーション、生物材料化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

生物がケイ酸を重合し、シリカを作るバイオミネラリゼーションの分子メカニズムは珪藻、海綿、細菌で既に解明されているが、植物では未解明のままであった。本研究の成果により、イネのケイ酸体にはセルロースナノファイバー（CNF）とタンパク質、長鎖ポリアミン様分子が存在することが明らかとなった。研究期間中にポリアミンを同定することはできなかったが、バイオミネラリゼーションという視点で捉えると例えば甲殻類（ザリガニ）の石灰化に見られる不溶性有機マトリックスであるキチンファイバーと可溶性有機マトリックス（タンパク質、ペプチド）が協同して非晶質炭酸カルシウムを形成する仕組みと類似していることが明らかになった。