Possible involvement of DNA damage in root responses to toxic metals

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K05330
• 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: Kitasato University
• Principal Investigator: Uraguchi Shimpei 北里大学, 薬学部, 講師 (20638837)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 有害金属 / 根端メリステム / DNA損傷 / NAC型転写因子

Outline of Final Research Achievements

This study was aimed to understand the mechanisms of plant root apical meristems responses to toxic metal stress, focusing on DNA damage responses. A plant model Arabidopsis thaliana was used for the study. We first developed a novel DNA damage quantification method which is based on real-time PCR, to detect locus-specific DNA damage and characterized DNA damage profiles caused by different toxic metal stresses. Second, we conduceted molecular genetic analysis of Arabidopsis mutant lines and clarified physiologiocal and morphological responses unique to each metal species tested. A group of NAC-type transcription factors is suggested to mediate root responses elicited by each metal species.

Free Research Field

植物栄養学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

土壌中の有害金属は，植物の根の成長や発達を阻害する要因である。有害金属を含む不良土壌でも「植物の健康」が維持されれば，農作物・バイオマス植物の生産性は向上し，世界が直面する気候変動・食料不足の解決にも直結できる。そのためには植物の有害金属耐性を理解する必要がある。本研究は、根の中でも根端分裂組織（メリステム）の細胞群が有害金属の種類によって少なくとも部分的に異なる機序によって阻害作用を受けること，その要因の１つとしてDNA損傷の可能性を示した。本研究の成果は，有害金属ストレスに負けない植物バイオマス生産技術の開発の基盤となることが期待される。