Elucidation of the regulation mechanism of plant defense and morphogenesis by phytohormones

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K21419
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 44:Biology at cellular to organismal levels, and related fields
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: Kasahara Hiroyuki 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (00342767)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2022-03-31
• Keywords: オーキシン / スベリン / カスパリー線 / フェニル酢酸 / 生体防御

Outline of Final Research Achievements

Auxin is a plant hormone that regulates morphogenesis and response to environment in plants. Among natural auxins, the physiological function of indole-3-acetic acid (IAA) has been elucidated, while the role of phenylacetic acid (PAA) is still unknown. In this study, we investigated the possibility that PAA is involved in plant defense through the regulation of suberin lamellae and Casparian strip formations. RNA-seq analysis suggests that PAA induces the expression of various genes involved in the formation of suberin lamellae. In addition, the results of microscopic analysis showed that PAA treatment promotes the formation of suberin lamellae in Arabidopsis. On the other hand, both PAA and IAA were found to suppress the expression of various genes involved in Casparian strip formation.

Free Research Field

植物生化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

植物の形態形成や生体防御の仕組みを解明することは、植物科学の基礎においても、また農作物の増産などにも繋がる重要課題である。本研究では、内皮細胞の細胞壁であり物質輸送の障壁として重要なスベリン層とカスパリー線の形成に関わる遺伝子が、植物ホルモンのオーキシンによる発現調節を受けることを明らかにした。これまで生理的役割が不明であるオーキシンのフェニル酢酸(PAA)をシロイヌナズナに処理すると、スベリン合成遺伝子の発現を誘導し、また根でスベリン層の形成を促進することが観察された。以上の結果などから、PAAが植物の生体防御において重要な役割をもつ可能性が示唆された。