Roles of Cell Walls of Trees at Subzero Temperatures

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K05699
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 40020:Wood science-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Arakawa Keita 北海道大学, 農学研究院, 准教授 (00241381)
• 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)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 細胞外凍結 / 氷核活性 / 樹皮 / 越冬 / 落葉広葉樹

Outline of Final Research Achievements

In overwintering land plants, freezing of extracellular water begins when ambient temperature drops. In this study, ice-nucleating activity, which promote the freezing of water, were detected in cell wall fraction derived from the bark tissue of Katsura tree (Cercidiphyllum japonicum). Further characterization of the ice nucleation substances extracted from the cell wall fraction suggested that it may be a cell wall polysaccharide unlike ice nucleation proteins existing in ice nucleation bacteria and plant-derived ice nucleation substance such as calcium oxalate monohydrate. This result implies that trees have a possible mechanism by which extracellular freezing can occur without depending on environmental factors.

Free Research Field

樹木生理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

気温の低下にともなって、越冬する植物の水がどのような挙動を示すのかについて調べることは、植物の越冬戦略を理解する上でとても重要である。本研究では、環境に由来する氷核物質によって植物の外表面から細胞間隙などのアポプラストの水へと凍結が伝播される以外に、樹皮の細胞壁成分が有する氷核活性によってアポプラストの水が凍結し始める可能性も考えられた。このことは、冬季特有の細胞壁の機能とみなすことができる。さらに、氷核物質と、氷核物質による水の凍結を抑制する活性(抗氷核活性)を有するポリフェノールを利用して、水の凍結を制御する技術が開発できるようになると、応用研究としても非常に興味深い。