[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

ムギネ酸は土から根に鉄分を運ぶ渡し舟

[スポンサーリンク]

新米が待ち遠しい季節になりました。ほかほかの炊きたてごはん。おかずがなくてもあら不思議。自然と食が進みます。

お米が美味しい季節なので、イネ科植物に特有の一風かわった機能を持つ物質について、お話ししたいと思います。その名はムギネ酸。名前の通り麦の根から単離された物質で、化学構造はアゼチジンと同じ含窒素四員環が特徴的です。

このムギネ酸には、根から土壌栄養分を吸収しやすく機能があります。実際、葉が黄色くなってしまうような不良土壌でリンゴやミカンのような果樹を育てても、ムギネ酸をよく分泌するイネ科植物を木と木の間に生やしておくと再緑化効果といって症状を改善させることができます。

動物でも植物でもは必須元素として知られ、数々の酵素の活性には鉄が必要不可欠です。多くの方は高校で習ってご存じのとおり、鉄イオンにはそれぞれ2価と3価の陽イオンの2形態があり、土壌と植物の間で鉄が移行する過程には複雑な関係があります。

 空気によく触れるような土壌でpHアルカリ性側にかたよると、3価の鉄が水酸化鉄として不溶化します。酸素ケイ素アルミニウムに次いで、鉄は地殻中に多く存在する元素ですが、こうなると植物は根から鉄分を吸収できなくなります。

コムギオオムギアワヒエなどのイネ科植物のうち、とくにイネはこのような様式で起こる土壌栄養分の変化に弱い植物です。イネばかりがなぜ鉄欠乏状態に陥りやすいのか。決め手はここでも、オオムギから単離されたムギネ酸です。

 

鉄欠乏耐性の秘訣はムギネ酸にあり

合成化学の観点からムギネ酸の化学構造を見ると、全合成するならばアゼチジンの四員環の部分が気になりますが、最初に報告された合成経路ではアゼチジンカルボン酸を終盤にくっつけて成功[1]したみたいです。

Unknown

ムギネ酸の化学構造

 

オオムギのようなイネ科植物は、このムギネ酸をさかんに生合成し、土壌中に分泌[5]しています。そして、ムギネ酸が土壌中にある3価の鉄イオンをはさみこんで溶かし、抱き合った状態で植物の中に吸収[3,4]されます。

このムギネ酸の生合成や細胞膜をへだてた輸送能力は、ないわけではありませんがイネではとても弱くなっています。オオムギと同じようにムギネ酸を基盤とした戦略で、イネはあまり鉄イオンを吸収できないのです[2]。

このムギネ酸、一般にはほとんどイネ科植物だけで知られています。例えば、モデル植物として知られるシロイヌナズナゲノムには、ムギネ酸の生合成酵素をコードすると思われる遺伝子がありません。イネ科植物の祖先でムギネ酸に関連した遺伝子が誕生、そのあと水田に似た環境へ進出するとともにイネ自体はこれらの遺伝子を退化させてしまったのでしょう。

 

水と土しかない場所で みんなで豊かになる方法

一方、イネ科植物に含まれるムギネ酸の前駆体であるニコチアナミンは、イネにもシロイヌナズナにもたくさん含まれています。これらは維管束を通じて、植物体の必要な場所に鉄を2価イオンの状態で運送するときに機能すると考えられています。実際、シロイヌナズナでニコチアナミンの生合成酵素を欠損した多重変異体を作出したところ、維管束付近に鉄が沈着したまま運び出せなくなり、葉の緑色色素が抜けるなど顕著な鉄欠乏症状が観察されました[6]。

Nicotianamine

ニコチアナミンの化学構造

さて、ニコチアナミンからムギネ酸までは、生合成は酵素反応でほとんど一発です(正確に言うとデオキシムギネ酸がある)。実際、オオムギから単離したムギネ酸生合成の鍵酵素を、イネに遺伝子導入したところ、アルカリ性の強い土壌でも鉄欠乏に耐性を持つようになりました[2] 。この報告が示す通り、ムギネ酸関連遺伝子は、DNAマーカーを用いた分子育種のためには格好のターゲットです。

地面の下にも、特異な生体機能と化学構造を持った天然化合物は眠っています。炊きたてごはんを口にほおばりながら、未知の可能性に思いをはせるのも、たまにはよいかもしれません。

 

 

参考論文

  1.  “Total synthesis of 2′-deoxymugineic acid, the metal chelator excreted from wheat root” Yasufumi Ohfune et al. J. Am. Chem. Soc. 1981 DOI: 10.1021/ja00399a046
  2. “Enhanced tolerance of rice to low iron availability in alkaline soils using barley nicotianamine aminotransferase genes.” Michiko Takahashi et al. Nature Biotechnology 2001 DOI: 10.1038/88143
  3. “A speci?c transporter for iron(III)–phytosiderophore in barley roots.” Yoshiko Murata et al. Plant J. 2006 DOI: 10.1111/j.1365-313X.2006.02714.x
  4. “Mugineic Acid Derivatives as Molecular Probes for the Mechanistic Elucidation of Iron Acquisition in Barley.” Kosuke Namba et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2010 DOI: 10.1002/anie.201004853
  5. “Phytosiderophore Efflux Transporters Are Crucial for Iron Acquisition in Graminaceous Plants.” Tomoko Nozoye et al. J. Biol. Chem. 2011 DOI: 10.1074/jbc.M110.180026
  6. “Nicotianamine Functions in the Phloem-Based Transport of Iron to Sink Organs, in Pollen Development and Pollen Tube Growth in Arabidopsis.” Mara Schuler et al. Plant Cell 2012 DOI: 10.1105/tpc.112.099077

 

関連書籍

The following two tabs change content below.
Green

Green

静岡で化学を教えています。よろしくお願いします。
Green

最新記事 by Green (全て見る)

関連記事

  1. ケミストリ・ソングス【Part1】
  2. 緑膿菌の代謝産物をヒトの薬剤に
  3. 周期表の形はこれでいいのか? –その 1: H と He の位置…
  4. 日本に居ながら、ナマの英語に触れる工夫
  5. ノーベル化学賞メダルと科学者の仕事
  6. 有機合成化学協会誌2019年9月号:炭素–水素結合ケイ素化・脱フ…
  7. 100年前のノーベル化学賞ーリヒャルト・ヴィルシュテッター
  8. スイスの博士課程ってどうなの?3〜面接と入学手続き〜

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. Mukaiyama Award―受賞者一覧
  2. 金属を超えるダイヤモンド ーボロンドープダイヤモンドー
  3. 単結合を極める
  4. 菌・カビを知る・防ぐ60の知恵―プロ直伝 防菌・防カビの新常識
  5. 神経変性疾患関連凝集タンパク質分解誘導剤の開発
  6. 若手研究者vsノーベル賞受賞者 【基礎編】
  7. 化学者の単語登録テクニック
  8. 単純なアリルアミンから複雑なアリルアミンをつくる
  9. ヘム獲得系のハイジャックによる緑膿菌の選択的殺菌法
  10. 創薬人育成サマースクール2019(関東地区) ~くすりを創る研究の醍醐味を知る!~

関連商品

注目情報

注目情報

最新記事

お前はもう死んでいる:不安定な試薬たち|第4回「有機合成実験テクニック」(リケラボコラボレーション)

理系の理想の働き方を考える研究所「リケラボ」とコラボレーションとして「有機合成実験テクニック」の特集…

第60回―「エネルギー・環境化学に貢献する金属-有機構造体」Martin Schröder教授

第60回の海外化学者インタビューは、マーティン・シュレーダー教授です。ノッティンガム大学化学科(訳注…

炭素置換Alアニオンの合成と性質の解明

第249回のスポットライトリサーチは、名古屋大学大学院工学研究科(山下研究室)・車田 怜史 さんにお…

第59回―「機能性有機ナノチューブの製造」清水敏美 教授

第59回の海外化学者インタビューは日本から、清水敏美 教授です。独立行政法人産業技術総合研究所(AI…

高分子鎖デザインがもたらすポリマーサイエンスの再創造 進化する高分子材料 表面・界面制御アドバンスト コース

詳細・お申込みはこちら日時2020年 4月16日(木)、17日(金)全日程2日間  …

光で水素を放出する、軽量な水素キャリア材料の開発

第248回のスポットライトリサーチは、東京工業大学物質理工学院(宮内研究室)・河村 玲哉さんにお願い…

Chem-Station Twitter

PAGE TOP