ナノフィブリル化は、大豆における植物応答の誘導のためのキチン誘導体を生産するための有効な方法である

Nanofibrillation Is an Effective Method to Produce Chitin Derivatives for Induction of Plant Responses in Soybean.

• Hironori Kaminaka
• Chihiro Miura
• Yukiko Isowa
• Takaya Tominaga
• Mamu Gonnami
• Mayumi Egusa
• Shinsuke Ifuku

抄録

キチンは、-アセチルグルコサミンポリマーであり、植物の生長促進や耐病性誘導などのユニークな生物学的機能を有することが知られている。キチンはその機能を利用して作物の収量向上に利用されることが期待されていますが、キチンは不溶性のため取り扱いが難しいため、キチンオリゴ糖（CO）やキトサンなどのキチン誘導体が広く利用されています。キチンをナノフィブリル化して得られるキチンナノファイバー（CNF）は、高分子構造を保持し、水にも均一に分散させることができます。ここでは、植物応答誘導に最も効果的なキチン誘導体の製造方法を定義するために、大豆()においてCOとCNFの植物応答への効果を直接比較した。CNF処理した植物でのみ、空中部の生長促進が観察された。トランスクリプトーム解析の結果、CNF 処理大豆では、CO 処理大豆に比べて DEG (differentially expressed genes) の数が多いことが明らかになった。注目すべきは、DEG の発現パターンはほとんど同じであったが、CNF 処理によって CO 処理群と比較して強く誘導されたことである。これらの結果から、CNF は CO よりもキチンに対する植物応答を強く誘導できることが明らかとなり、植物応答誘導のためのキチン誘導体の生産には、オリゴマー化よりもナノフィブリル化の方が効果的な方法であることが示唆された。

Chitin, an -acetylglucosamine polymer, is well-known to have unique biological functions, such as growth promotion and disease resistance induction in plants. Chitin has been expectedly used for improving crop yield using its functions; however, chitin derivatives, such as chitin oligosaccharide (CO) and chitosan, are widely used instead since chitin is difficult to handle because of its insolubility. Chitin nanofiber (CNF), produced from chitin through nanofibrillation, retains its polymeric structure and can be dispersed uniformly even in water. Here, the effects of CO and CNF on plant responses were directly compared in soybeans () to define the most effective method to produce chitin derivatives for plant response induction. The growth promotion of aerial parts was observed only in CNF-treated plants. The transcriptome analysis showed that the number of differentially expressed genes (DEGs) in CNF-treated soybeans was higher than in CO-treated soybeans. Notably, the expression patterns of DEGs were mostly similar but were strongly induced by CNF treatment as compared with the CO group. These results reveal that CNF can induce stronger plant response to chitin than CO in soybeans, suggesting nanofibrillation, rather than oligomerization, as a more effective method to produce chitin derivatives for plant response induction.