Elucidation of structure of plant proteoglycans and its involvement in freezing tolerance

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K15494
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 38060:Applied molecular and cellular biology-related
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: Takahashi Daisuke 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (20784961)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 植物 / 凍結耐性 / 低温馴化 / 細胞壁 / プロテオグリカン / アラビノガラクタンタンパク質

Outline of Final Research Achievements

The purpose of the present study is to elucidate the function of arabinogalactan protein (AGP), a major plant proteoglycan. AGPs present as plasma membrane-bound and free AGPs were fractionated and the glycan structures of each AGP were estimated. The results suggested that membrane-bound AGPs have more complex side chain structures than free AGPs. Furthermore, glucuronic acid residues in the AG glycan increased when plants were exposed to low temperatures. This may be related to AGP's function as an extracellular calciumu capacitor. These results revealed the cellular localization-specific structure of AG glycan and its environmental responsiveness, whereas only the average structure of AGP was previously known.

Free Research Field

植物低温生理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまで、AGPは糖鎖の構造的多様性や解析の困難さから、その機能や生物的意義は未解明な部分が多かった。本研究により、新たにAGPには局在部位特異的な構造を持っていることが明らかになり、今後のAGPの研究に大きく資する知見を提供できたと考える。また、AGPの糖鎖が温度変化に応答して変化することも明らかになり、植物の持つ環境適応能力をより深く理解する上で、遺伝子やタンパク質のみならず、多糖や糖タンパク質など、より複合的な性質を持つ生体分子にも着目する必要性を提案することができた。このことは、気候変動の進行に伴って望まれる有用作物の、環境応答能力の向上にも資する基盤的知見であると考える。