Novel approaches to the analysis of sugar metabolism and redox regulation by using rare sugars

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05774
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 38010:Plant nutrition and soil science-related
• Research Institution: Kagawa University
• Principal Investigator: Mochizuki Susumu 香川大学, 農学部, 准教授 (40567020)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 希少糖 / 糖代謝 / レドックス状態 / 活性酸素種 / リン酸糖 / イネ / G6PDH / ホスホグルコースイソメラーゼ

Outline of Final Research Achievements

This study aimed to clarify the relationship between sugar metabolism and rare sugar-induced disease resistance and redox state regulation in plants through the analysis of the mechanism of effects of the rare sugars, D-allose and D-allulose (D-psicose), on plants. The formation of D-allose 6-phosphate (A6P) is essential for the mode of action of these rare sugars, and experiments using recombinant enzymes and transgenic plants have revealed that the phosphoglucose isomerase (rice OsPGI1/2) catalyze the conversion from the D-allulose 6-phosphate (caused by the D-allulose-treatment) to the A6P, and that the maintenance of G6PDH activity, which leads to an increase in ROS species in D-allose-treated rice plants, might be mediated by the specific stabilization of OsG6PDH1 by the sugar phosphates including the A6P.

Free Research Field

植物生理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の成果は、希少糖による植物の耐病性誘導や一過的生長抑制のメカニズムを明らかにしたものであるが、糖代謝が耐病性誘導に繋がる植物細胞の酸化還元状態に直接的に関与することを示すだけでなく、他のストレス（塩ストレスなど）でも示唆されているG6PDHによる制御が、イネのOsG6PDH1などの細胞質型キー酵素のリン酸糖による安定化によることを示唆するなど、学術的にも重要な知見に繋がるものである。また、希少糖は天然物であり、特にD-アルロース（D-プシコース）やD-アロースは安全性も担保されており、本研究を含めた作用メカニズム研究の成果は、安全な農業資材の確保という社会的意義を持つ重要な知見である。