2021 Fiscal Year Research-status Report
Roles of Cell Walls of Trees at Subzero Temperatures
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21K05699
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
荒川 圭太 北海道大学, 農学研究院, 准教授 (00241381)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
重冨 顕吾 北海道大学, 農学研究院, 講師 (20547202)
鈴木 伸吾 北海道大学, 歯学研究院, 技術職員 (70847839)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 氷核活性 / 細胞外凍結 / 樹木 / 樹皮 / 細胞壁 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多くの植物植物は、氷点下温度にさらされると細胞外の水から凍結が始まり、それにともなって細胞は脱水を生じる。このような挙動は細胞外凍結と呼ばれ、樹木では緑葉や樹皮の細胞などが細胞外凍結する。そこでカツラの樹皮から細胞壁画分を調製して調べると、水を凍結へと導く氷核形成を促す活性（氷核活性）が検出された。そこで本研究では、カツラ樹皮から検出された氷核活性の原因物質を特定し、細胞外凍結における役割について調べることを目的とした。初年度は、カツラ樹皮由来の氷核活性成分の特定とその性質について調べることを主な目標とした。
氷核活性成分の調製には、冬季のカツラ樹皮から抽出した細胞壁画分を用い、既知の氷核活性物質と比較しながら活性成分の分画を進めた。細胞壁から水で抽出できた活性画分を用い、熱処理や酸処理、アルカリ処理などの活性への影響について調べたところ、既知の氷核物質であるシュウ酸カルシウムや氷核タンパク質とは性質は異なることが示唆された。これらの処理に加え、限外濾過を利用した簡易的なサイズ分画も併用し、活性成分の部分精製を進めて性質を調べるとともに、スケールアップして活性画分を回収して構造解析にも用いた。
これまでの実験によって知り得た活性成分の性質を鑑み、二次元NMR解析などで構造解析を進めたところ、活性成分は多糖類であることが示唆され、その主たる構成糖などの知見が得られた。氷核活性成分の機能解析については、活性の濃度依存性や季節変動の有無、抗氷核ポリフェノール類による活性阻害の有無について検証などを進めている。また、既知の氷核物質との活性比較を試みたが、それぞれの研究によって活性測定条件が異なることもあり、構造特性や活性の比較を論ずるには慎重な判断を要することを改めて認識した。２年目も研究計画に沿って引き続き氷核活性成分の構造や活性の特性に注目して実験を進めていく予定である。
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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
本研究では、当初の目的に掲げていたように、カツラ樹皮由来の氷核活性の原因物質を特定し、氷点下温度での凍結を促す細胞壁の機能を調べるための実験を実施している。初年度は研究の概要に示すように、冬季のカツラ樹皮から抽出した細胞壁画分を用い、活性成分の分画を進めた。今までの実験から得られた氷核活性成分の性質を元に、スケールアップして活性画分を調製できたので、二次元NMR解析などで構造解析を進めることも可能となった。これによって活性成分は多糖類である可能性が高いことや主たる構成糖などの知見が得られた。このような成果は、当初の研究目標に掲げてきた主目的の１つであることから、概ね順調に研究が進んできたものと判断した。今後、継続して活性成分に関する性質を調べると共に、研究成果を取りまとめる必要があると考えている。現在のところ、実験計画に不都合を生じるような状況ではないので、引き続き研究計画に沿って実験を重ねていく予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
概ね、以下のような研究計画に沿って実施する予定である。
１）スケールアップして氷核活性成分を回収して得られた活性画分はかなり構造解析によって消費したので、必要に応じて活性画分の調製をおこなうことを検討する。その過程で、氷核活性成分の性質についても新たな知見を得られるよう試みる。２）この氷核活性成分が多糖類であると示唆されているので、活性本体は単一分子でない可能性も十分に考えられる。例えば、共通した基本構造を持つ主鎖があるものの側鎖の組成や重合度などに違いがみられるような、非常に類似した構造を有する活性分子の集合体として分画されている事例が挙げられる。そのため、この活性画分に含まれる成分がどれだけ構造に均一性があるのかについても配慮しながら、可能な限りこの氷核活性成分の構造や機能を特徴付けていきたい。具体的な例として、構成糖分析の結果に基づいて選んだ糖質分解酵素で活性画分を処理することによって氷核活性がどの程度影響を受けるかについて分析する、といったような実験を取り入れ、活性成分の構造や機能の特性について検証を重ねていきたい。３）また、引き続き、氷核活性の季節変動や抗氷核ポリフェノールによる活性阻害の有無、活性成分の局在性、既知の氷核物質との比較なども継続していく予定である。４）さらに時間が許せば、氷核活性画分を凍結誘発する植物資源として利用できないか、簡便に検証するような予備実験も進めてみたい。なお、本研究ではこれらの複数の課題の進捗状況に応じて柔軟にペース配分を変えて対応するつもりである。
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