How does "Coelacanth" in plant kingdom cope under hyper-stress environments?

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K21315
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 39:Agricultural and environmental biology and related fields
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: WASAKI JUN 広島大学, 統合生命科学研究科(生), 教授 (00374728)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中坪 孝之 広島大学, 統合生命科学研究科(生), 教授 (10198137) ; 渡部 敏裕 北海道大学, 農学研究院, 准教授 (60360939)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2022-03-31
• Keywords: ミズスギ / 硫気荒原 / ヒカゲノカズラ科 / 強酸性土壌 / アルミニウム / 養分吸収

Outline of Final Research Achievements

“Solfatara field” located around volcanic vents is a typical acid sulfate soil, which is the severe environment for plants by the hyper-stresses, such as very low pH, Al toxicity, starvation of essential elements, and inhibition of respiration by hydrogen sulfide. The aim of this study is to investigate the unique tolerant strategies of a Lycophytes, Lycopodium cernuum, which makes pure plant community in solfatara fields. It was indicated that specific tolerances to low-pH and aluminum of L. cernuum were important to grow under the hyper-stressed environments. It is suggested that isolation of free Al ion in vacuole is one of strategies of Al tolerance. Our results also implies that L. cernuum may utilize Al in intact plants. It was suggested that microbial community structure in the rhizosphere of L. cernuum was distinctive in solfatara fields, although involvement of the endophytes in the tolerance of L. cernuum is still unclear.

Free Research Field

植物栄養学・土壌微生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

以上の成果は、これまでモデル植物で理解されてきたストレス耐性の常識を超えた小葉類ミズスギを材料とすることで、未知であった耐性機構を切り崩す端緒となるものである。特にアルミニウム耐性は種子植物においては分泌する有機酸によって解毒したり、有機酸と結合した形態で体内に蓄積したりする仕組みが知られてきたが、これとは異なる形での耐性であると理解される。今後、超ストレス耐性に重要な遺伝子を探索する上で極めて重要な遺伝資源であることが裏付けられ、ストレス耐性研究の新たなモデルとして位置付けられることも期待される。将来的にはこうした耐性の仕組みの活用により、持続的な作物生産につながることも期待される。