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2012 年度 実績報告書

温度環境変動と植物ストレス応答解析

研究課題

研究課題/領域番号 23380003
研究機関埼玉大学

研究代表者

内宮 博文  埼玉大学, 環境科学研究センター, 教授 (50142229)

研究期間 (年度) 2011-11-18 – 2014-03-31
キーワード酸性土壌 / メタボローム解析 / CE-MS / Al3+ / ルメックス属植物 / エゾノギシギシ / 温暖化 / シュウ酸
研究概要

本年度は、代謝物とストレス耐性との関係を解析する目的で研究を行った。温度環境因子の影響を考慮するうえで、見逃せないのが金属イオンの効果である。そこで、モデル植物としてルメックス属を材料として、根圏のAlストレス時の成長調査ならびにメタボローム解析を行った。キャピラリー電気泳動-質量分析装置(CE-MS)を用いてアミノ酸、有機酸、リン酸化合物など一次代謝産物を中心とした定量を行い、主成分解析、クラスター解析、相関解析などの多変量解析により代謝物プロファイルを得た。ルメックス属植物は長期にわたってAl3+処理を行ってもバイオマスはほぼ変わらなかった。その一方、Al3+処理後1週間でシュウ酸などの有機酸が葉で増加することが明らかになった。シュウ酸は植物体内に取り込まれたAl3+とキレートを形成し液胞内に封じ込めることでAl3+を無毒化する。そのため、Al処理によりシュウ酸合成が促進されたと考えられる。クエン酸もシュウ酸と同様、Al3+に対してキレート形成が可能であるほか、シュウ酸合成の前駆物質である。
本研究により、根圏におけるAl3+ストレスがギシギシ属植物のシュウ酸を初めとする代謝に影響を及ぼすことが明らかとなった。我が国のように、酸性化した土壌が多い地域では、Alが容易にイオン化するため、エゾノギシギシのようにAl3+耐性が高い植物が容易に繁茂出来るような条件であると考えられる。また、エゾノギシギシは田畑など富栄養化した土壌に入り込むとバイオマスを著しく増大させる。牧草地では牛や羊が誤って食べると下痢や尿路結石の原因となり、重篤な場合は死に至る。温暖化と土壌の酸性化とは密接な関係があり本研究の成果は、農業上有益である。以上の研究成果は論文、学会等にて公開した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

地球温暖化による土壌の酸性化は、根圏のAl3+が植物地上部の代謝物動態にも多大な影響を及ぼすことを明らかにした。このことはルメックス属の持つAl3+耐性を解析するうえで重要な研究成果である。また、ルメックス属の中でもエゾノギシギシに特有の代謝物動態を持つことを示した。ルメックス属植物の中でもエゾノギシギシが酸性土壌の多いわが国において最も繁茂する事実が、代謝物プロファイルの観点から得られた新規の知見である。

今後の研究の推進方策

今後の研究課題は、温暖化研究の対象として、有害金属イオンの効果についての研究推進である。すなわち、外的アルミニウムの効果が、生体内の様々な代謝物の変動を誘因するため、今後、地球レベルで、温暖化による重要因子として考慮する必要がある。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2013 2012

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (8件)

  • [雑誌論文] Impact of aluminium stress on oxalate and other metabolites in Rumex obtusifolius.2013

    • 著者名/発表者名
      Miyagi, A., Uchimiya, M., Kawai-Yamada, M., and Uchimiya, H.
    • 雑誌名

      Weed research

      巻: 53 ページ: 30-41

    • DOI

      10.1111/j.1365-3180.2012.00949.x

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Metabolome analysis of food-chain between plants and insects.2013

    • 著者名/発表者名
      Miyagi, A., Kawai-Yamada, M., Uchimiya, M., Ojima, N., Suzuki, K., and Uchimiya, H.
    • 雑誌名

      Metabolomics

      巻: 9 ページ: 1254-1261

    • DOI

      10.1007/s11306-013-0542-9

    • 査読あり
  • [雑誌論文] NAD+ accumulation during pollen maturation in Arabidopsis regulating onset of germination.2012

    • 著者名/発表者名
      Hashida, S.N., Takahashi, H., Takahara, K., Kawai-Yamada, M., Kitazaki, K,m Shoji, K., Goto, F., Yoshihara, T., Uchimiya, H.
    • 雑誌名

      Molecular Plant

      巻: 6 ページ: 216-225

    • DOI

      10.1093/mp/sss071

    • 査読あり
  • [学会発表] シロイヌナズナNADK2過剰発現イネ植物体における生長特性2013

    • 著者名/発表者名
      刑部敬史、恩田弥生、姜 振祥、平子理沙、内宮博文、川合真紀
    • 学会等名
      第54回日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      岡山大学(岡山)
    • 年月日
      20130321-20130323
  • [学会発表] 高シュウ酸植物のバイオマス資源化とメタボローム解析2013

    • 著者名/発表者名
      宮城敦子、内宮博文、川合真紀
    • 学会等名
      第54回日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      岡山大学(岡山)
    • 年月日
      20130321-20130323
  • [学会発表] 出芽酵母発現系を用いた植物スフィンゴ脂質Δ8位不飽和化酵素SLDの機能解析2013

    • 著者名/発表者名
      中曽根光、石川寿樹、内宮博文、川合真紀
    • 学会等名
      第54回日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      岡山大学(岡山)
    • 年月日
      20130321-20130323
  • [学会発表] シロイヌナズナAtELO1の脂肪酸伸長への寄与及び機能解析2013

    • 著者名/発表者名
      柿沼悠太、石川寿樹、長野稔、山口雅利、内宮博文、川合真紀
    • 学会等名
      第54回日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      岡山大学(岡山)
    • 年月日
      20130321-20130323
  • [学会発表] スフィンゴ脂質代謝制御によるBax inbihitor-1のストレス耐性機構2012

    • 著者名/発表者名
      石川寿樹、内宮博文、川合真紀
    • 学会等名
      第25回植物脂質シンポジウム
    • 発表場所
      甲南大学(神戸)
    • 年月日
      20121130-20121201
  • [学会発表] シロイヌナズナの脂肪酸伸長酵素の機能解析2012

    • 著者名/発表者名
      柿沼悠太、石川寿樹、長野稔、山口雅利、内宮博文、川合真紀
    • 学会等名
      第25回植物脂質シンポジウム
    • 発表場所
      甲南大学(神戸)
    • 年月日
      20121130-20121201
  • [学会発表] イネのスフィンゴ脂質代謝と酸化ストレス耐性における長鎖塩基不飽和化酵素の役割2012

    • 著者名/発表者名
      石川寿樹、内宮博文、川合真紀
    • 学会等名
      第76回日本植物学会
    • 発表場所
      姫路工業大学(姫路)
    • 年月日
      20120915-20120917
  • [学会発表] イネの酸化ストレス誘導性細胞死における細胞膜マイクロドメインの役割とその制御2012

    • 著者名/発表者名
      石川寿樹、内宮博文、川合真紀
    • 学会等名
      第30回日本植物細胞分子生物学会
    • 発表場所
      奈良先端技術科学大学院大学(奈良)
    • 年月日
      20120803-20120805

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公開日: 2015-05-28  

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