2021 Fiscal Year Research-status Report
Mechanism underlying the damage to plants induced by boron deficiency
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20K05767
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
小林 優 京都大学, 農学研究科, 准教授 (60281101)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 植物 / ホウ素 / 栄養欠乏ストレス / 細胞壁 / ペクチン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ホウ素は植物の微量必須元素であるが、土壌が十分な量のホウ素を含有せず、作物がホウ素欠乏障害を発症する地域は世界中に分布している。ホウ素欠乏は短時間でも植物に重大な影響を及ぼす。例えばホウ素を含まない培地にシロイヌナズナを移植すると1時間以内に根端伸長領域で細胞死が発生する。ホウ素は細胞壁でペクチンを架橋し細胞壁を安定化する役割を担うので、この迅速な細胞死は細胞壁の構造異常が原因で発生すると推定されるものの、その過程や詳細な機構は殆ど未解明である。そこで我々はホウ素欠除処理に対するシロイヌナズナの応答の詳細な解析を進めている。2020年度までの検討で、原子間力顕微鏡を用いたナノインデンテーション法により、ホウ素欠除処理が根伸長領域の細胞壁の力学的強度（ヤング率）を低下させることを明らかにした。2021年度は、ペクチン分子内のホウ素架橋部位であるラムノガラクツロナンII領域の構造が変異した変異株でも細胞壁ヤング率が低下することを見出した。変異株では地上部（黄化胚軸）の細胞壁強度も低下した。これらの結果は、ホウ素によるペクチンの架橋が細胞壁強度に実質的に寄与することを示している。ホウ素欠除で強度が低下した細胞壁は原形質の吸水拡大を抑制しきれず、細胞膜の伸展をもたらすと推定される。そこで培地浸透圧を高め原形質の吸水を抑制した結果、細胞死などの応答が抑制された。このことから、細胞壁の力学的強度低下が迅速な欠乏応答のトリガーであると結論した。また、ホウ素欠除処理時に根端で発生・蓄積する活性酸素分子種の生成機構について検討した結果、処理に伴い細胞壁ペルオキシダーゼによるスーパーオキシド生成が亢進することが明らかとなった。現在、この変化が多数存在する細胞壁ペルオキシダーゼのどのアイソフォームによるものか検討を進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画に含まれていた、（１）ホウ素欠乏が細胞壁強度に及ぼす影響の解析、（２）ホウ素欠乏に伴う活性酸素分子種生成機構の解明 のいずれについても実際の検討・解析を進めており、計画は概ね順調に進捗していると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度までの検討で、ホウ素欠除処理時の活性酸素分子種蓄積が細胞壁ペルオキシダーゼによるスーパーオキシド生成によるものであることを明らかにした。この結果を受けて2022年度は、この細胞壁ペルオキシダーゼのアイソフォーム同定に重点的に取り組む。方法としては酵素タンパク質の同定による生化学的方法、候補分子の遺伝子破壊株を用いた逆遺伝学的方法を用いる予定である。アイソフォームが同定されることで、活性変動のメカニズムの解明もより進展することが期待される。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染拡大防止措置として学会がオンライン開催となり年度内に旅費を使用しなかったことなどに伴い、次年度使用額が生じた。活動制限は今後段階的に緩和されることが予想され、調査研究旅費などを再開できることが期待される。また当初計画に加え、植物の遺伝子発現解析の依頼分析などを追加実施する可能性があり、これらの経費に前年度までの未利用額を充当する計画である。
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