根圏に放出されるカフェインが植物のアルミニウム耐性に及ぼすインパクト

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K05764
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: 森田 明雄 静岡大学, その他部局等, 理事 (20324337)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 一家 崇志 静岡大学, 農学部, 准教授 (90580647)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: チャ / アルミニウム / カフェイン

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，「チャがAl存在下で良好な生育を示す要因の一つは，Al誘導型のカフェイン放出によりカロース沈着が阻害され，根の伸長を維持できるためである」という仮説を考え，Alストレスとカフェイン放出との関係性を解明することを目的とした．
チャ根からのカフェイン放出のAl特異性並びにAl応答性を検証するために，チャ「やぶきた」無菌実生苗を様々な金属 (Al，Cu，Cd，La：0-4.0 mM) を含む培養液で24時間処理し，カフェイン放出量を調査した．また，Al処理濃度 (0-10.0 mM) を変化させ，上記と同様にAl投与量試験を行った．その結果，根からのカフェイン放出はAl特異的であり，他金属では誘導されなかった．また，Al処理濃度の増加に伴いカフェイン放出が増加する傾向が観察された．さらに，根におけるカフェイン含量もAl処理に応答した増加傾向が観察された．一方，各金属処理によるカフェイン生合成遺伝子 (TCS) 発現量を調査したが，短時間の処理による影響はみられなかった．
一方，チャ「やぶきた」幼植物体をAl (0-10 mM，pH 4.2) を含む標準水耕液で90日間栽培し，Alストレスの強度の違いによるカロース沈着とカフェイン生合成系への影響を調査した．その結果，0.1-1.0 mM Al条件下において新芽および白色根の生育が促進し，このときの根のカロース沈着量は減少しており，Al存在下での根の生育とカロースとの関係性については確認できた．なお，カフェイン含量とTCS遺伝子発現量を調査したが，Alストレス強度との関連性はみられなかった．
以上の結果より，チャは根圏のAlに特異的に応答して根からカフェインを放出し，低濃度のカフェインはチャの根伸長を促進することが分かった．これらのことから，チャにおける根からのカフェイン放出はAl耐性機構に関与している可能性が示唆された．