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微生物型人工シデロフォアから着想したアルカリ耐性植物用鉄供給剤の合成と機能評価

研究課題

研究課題/領域番号 20K05541
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分34010:無機・錯体化学関連
研究機関高知大学

研究代表者

松本 健司  高知大学, 教育研究部総合科学系複合領域科学部門, 講師 (30398713)

研究分担者 上野 大勢  高知大学, 教育研究部総合科学系生命環境医学部門, 教授 (90581299)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワードシデロフォア / アルカリ土壌 / 鉄輸送 / 植物栄養代謝 / 還元 / 植物用鉄供給剤 / 鉄錯体
研究開始時の研究の概要

世界の陸地の3割にも及ぶ石灰質アルカリ土壌は、植物における鉄吸収および光合成を阻害するため作物の育成に不適合であり、急進する食糧需要を満たすためにはこうした土壌の有効利用が求められている。本研究ではアルカリ条件下でも安定なFe(III)錯体を形成する微生物型シデロフォアの特性・構造に着目し、アルカリ土壌でも利用可能な植物用鉄供給剤としての微生物型人工シデロフォアの合成とその機能評価を行う。

研究実績の概要

世界の陸地の3割にも及ぶ石灰質アルカリ土壌は、植物における鉄吸収および光合成を阻害するため作物の育成に不適合であり、急進する食糧需要を満たすため にはこうした土壌の有効利用が求められている。本研究ではアルカリ条件下でも安定なFe(III)錯体を形成する微生物型シデロフォアの特性・構造に着目し、アルカリ土壌でも利用可能な植物用鉄供給剤としての微生物型人工シデロフォアの合成とその機能評価を目的とする。これまでに末端カルボキシル基を有する二脚型アミンアンカーを有するビス(ヒドロキサム)酸型人工シデロフォアBSPPAを合成し、このFe(III)錯体が良好な水溶性を持つだけでなく、pH2~9という広いpH領域で安定であるうえ、還元されやすい性質であることを明らかにしている。令和5年度においては、新たにチアゾリンとフェノール骨格を有する天然シデロフォアであるデスフェリチオシンのチアゾリン骨格をチアゾール骨格に変えた人工シデロフォアL4'の合成とそのFe(III)錯体の性質について検討した。
L4'とFe(III)との錯体は、ESI-マススペクトル測定からFe(III)と配位子の比が1:2の組成であることが明らかとなった。また、水溶液中における錯形成挙動を紫外可視吸収スペクトル測定により調べたところ、pH3~8という広いpH領域で安定であった。さらに、Fe(III)錯体の還元電位をサイクリックボルタンメトリーにより測定したところ、標準水素電極基準で0.0 Vの値であった。この値は他の人工シデロフォアのFe(III)錯体と比較して、約0.2 Vも正側であり、より還元されやすいことが判明した。このことから、Fe-L4'錯体は植物用アルカリ耐性鉄供給剤として有用な性質をもつことが示唆された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

令和5年度においても研究室の学生が新型コロナに感染した影響もあり、十分な研究時間が取れなかったものの、これまでとは異なるタイプの微生物型人工シデ ロフォアおよびそのFe(III)錯体の合成に成功した。紫外可視吸収スペクトル測定や酸化還元電位測定の結果から、従来の人工シデ ロフォア-Fe(III)錯体と比較して、 塩基性条件下における錯体安定性や非常に優れた被還元性が見られたことから、目標とする植物用アルカリ耐性鉄供給剤としての性質を有していることが示唆された。しかしながら、新規に合成した人工シデロフォア-Fe(III)錯体の植物に対する効果まで調べるには至らなかった。以上のことから、本研究は当初予定と比べてやや遅れている状況である。

今後の研究の推進方策

これまでに合成した人工シデロフォア-Fe(III)錯体の植物に対する鉄欠乏回復効果を検討する。具体的には、これまでと同様に、供試植物としてキュウリを用いて、鉄欠乏状態からの回復効果を葉のクロロフィル量や葉、茎、根中の鉄量などを測定することで調べる。また、鉄輸送に関与する遺伝子の発現量を調べ、微生物型人工シデロフォアを用いた際の植物における鉄輸送の機構解明を目指す。

報告書

(4件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 学会発表 (10件) (うち国際学会 3件、 招待講演 4件) 備考 (2件)

  • [学会発表] Synthesis and characterization of iron(III) complexes of diether-linked bishydroxamate artificial siderophores with terminal carboxyl groups2023

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto, K., Moriyama, T., Ueeda, K.
    • 学会等名
      International Congress on Pure and Applied Chemistry (ICPAC) Bali 2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 植物のミネラル栄養 ~必須元素から有用、有害元素まで~2023

    • 著者名/発表者名
      上野大勢
    • 学会等名
      日本バイオスティミュラント協議会 2023年 講演会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Iron uptake in dicotyledons using trihydroxamate-type microbial artificial siderophores with terminal carboxyl groups2022

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto, K., Ito, Y., Hashimoto, T., Ueno, D.
    • 学会等名
      International Congress on Pure and Applied Chemistry (ICPAC) Kota Kinabalu 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Application of trihydroxamate-type microbial artificial siderophores for iron-starved plants2022

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto, K.
    • 学会等名
      The China-Japan Bilateral Symposium on Material Science 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 人工シデロフォア鉄(Ⅲ)の還元電位と植物への利用効率の関係2022

    • 著者名/発表者名
      上野大勢,仁科正徳,松本健司,森塚直樹,鈴木基史
    • 学会等名
      日本土壌肥料学会2022年度東京大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 人工シデロフォアを利用した鉄肥料開発の試み(2)2022

    • 著者名/発表者名
      上野大勢,仁科正徳,松本健司,森塚直樹,鈴木基史
    • 学会等名
      2022年度日本土壌肥料学会関西支部講演会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 人工シデロフォアを利用した鉄肥料開発の試み2021

    • 著者名/発表者名
      上野大勢, 伊藤佑太, 松本健司, 森塚直樹, 大西美帆, 三宅親弘, 鈴木基史
    • 学会等名
      2021年度日本土壌肥料学会関西支部講演会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 末端こはく酸部位を有するポリエーテル架橋型ビスヒドロキサム酸型人工シデロフォアの合成と性質2021

    • 著者名/発表者名
      松本健司, 上枝航平, 橋本俊樹
    • 学会等名
      高知化学シンポジウム2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 由来の異なる人工シデロフォア―鉄(III)錯体の植物への鉄供給能評価2020

    • 著者名/発表者名
      伊藤佑太・桒原里加子・橋本俊樹・松本 肇・松本健司・鈴木基史・岩崎貢三・森塚直樹・上野大勢
    • 学会等名
      日本土壌肥料学会2020年度岡山大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 微生物型人工鉄輸送化合物による植物への鉄供給2020

    • 著者名/発表者名
      松本健司
    • 学会等名
      2020年 名古屋工業大学公開シンポジウム「社会実装を見据えた微生物・生体関連技術の最前線 」
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [備考] 植物の生長促進と土地の有効利用を目指して~微生物型人工シデロフォアを用いた取り組み~

    • URL

      http://www.kochi-u.ac.jp/SDGs/activities/report_5.html

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書 2021 実施状況報告書
  • [備考] 植物の生長促進と土地の有効利用を目指して~人工微生物鉄輸送化合物を用いた取り組み~

    • URL

      http://www.kochi-u.ac.jp/SDGs/activities/report_6.html

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-12-25  

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