ホウ素は植物細胞壁でペクチンを架橋して働く

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要約

植物の必須微量元素であるホウ素の主な働きは、細胞壁でペクチンをラムノガラクツロナンII-ホウ酸複合体の形で架橋して、細胞壁構造を安定化することである。

• キーワード:ホウ素、ペクチン、ラムノガラクツロナンII
• 担当:九州沖縄農研・環境資源研究部・土壌資源利用研究室
• 連絡先:電話096-242-7764、電子メールtmatunag@affrc.go.jp
• 区分:九州沖縄農業・生産環境(土壌肥料)
• 分類:科学・参考

背景・ねらい

ホウ素は、植物の必須微量元素であるが、その分子レベルでの機能は不明であった。近年、植物細胞壁中のホウ素は、一分子のホウ酸が二分子のペクチン性多糖ラムノガラクツロナンII単量体(mRG-II)を架橋したラムノガラクツロナンII-ホウ酸複合体(dRG-II-B)の形で存在することが明らかにされた。そこで、植物細胞壁中でのdRG-II-B複合体の役割を検討した。

成果の内容・特徴

• テンサイ細胞壁をイミダゾール-塩酸抽出すると、ホウ素を含むペクチンが得られる。このペクチンを、ホモガラクツロナン(HG)を分解するエンドポリガラクツロナーゼで処理すると、dRG-II-Bが得られる(図1)。したがって、RG-IIは、細胞壁ペクチンの主成分であるHGと共有結合している。
• カボチャをホウ素が十分にある培地(25μM)で水耕栽培したとき、葉の細胞壁中RG-IIは、大部分がdRG-II-B複合体である(図2 B+)。一方、ホウ素を除いた培地で栽培したとき、ホウ素欠乏症状を示した葉の細胞壁中dRG-II-B量は減少し、mRG-II量が増加する(図2 B-)。そのホウ素欠乏植物を、¹⁰Bラベルしたホウ酸を含む培地に移すと、吸収されたホウ酸は、生成されたdRG-II-B複合体に取り込まれる(図2 B- +¹⁰B)。それに伴い、緩んでいた細胞壁構造が引き締まることが観察される(図3)。
• 以上のことから、ホウ素の主な働きは、細胞壁でペクチンをラムノガラクツロナンII-ホウ酸複合体の形で架橋して、細胞壁構造を安定化することである(図4)。

成果の活用面・留意点

• ホウ素の栄養診断や施肥法などの開発に役立つ。
• 種子植物全般に、適用可能である。
• 架橋とは、鎖状高分子の分子間で、橋を架けるように化学結合を形成させることをいう。

具体的データ

その他

• 研究課題名:ホウ素等の植物細胞壁での機能の解明
• 予算区分:交付金
• 研究期間:1999～2002年度
• 研究担当者:松永俊朗、石井 忠(森林総研)
• 発表論文等:1) Ishii and Matsunaga (2001) Phytochemistry 57: 969-974.
                    2) Ishii et al. (2001) Plant Physiol. 126: 1698-1705.