グリシンベタインの蓄積、植物の重金属耐性への意義と関心

Glycine Betaine Accumulation, Significance and Interests for Heavy Metal Tolerance in Plants.

• Shafaqat Ali
• Zohaib Abbas
• Mahmoud F Seleiman
• Muhammad Rizwan
• İlkay YavaŞ
• Bushra Ahmed Alhammad
• Ashwag Shami
• Mirza Hasanuzzaman
• Dimitris Kalderis

抄録

周辺環境における重金属（HM）の予期せぬ生体拡散や生体蓄積は、植物をはじめとするすべての生物にとって苦境となっている。産業廃棄物や他の人為的活動からの重金属の過剰な放出は、持続可能な農法を脅かし、様々な植物種の全体的な有益な収量を制限してきた。毒性レベルの重金属は細胞分子と相互作用し、活性酸素種（ROS）の不必要な発生につながり、植物の生産性と成長を制限する。様々な浸透保護剤の適用は、植物に対するHMの有害な影響を緩和するための有名なアプローチである。このレビューでは、HMストレスの緩和におけるグリシンベタイン(GB)の効果的な役割についてまとめた。グリシンベタインは非常に重要な浸透調節因子であり，そのレベルは異なる植物間でかなり異なる。HMsストレス下の植物にGBを適用すると、成長、光合成、抗酸化酵素活性、栄養素の取り込みを改善し、過剰な重金属の取り込みと酸化ストレスを最小限に抑えることに成功しました。さらに、GBはHMストレス下の植物において、グルタチオン還元酵素（GR）、アスコルビン酸（AsA）、グルタチオン（GSH）含量の調整を活性化します。遺伝子工学的手法を用いてGBを過剰に蓄積させることで、ストレスに対する耐性を高めることに成功した。

Unexpected biomagnifications and bioaccumulation of heavy metals (HMs) in the surrounding environment has become a predicament for all living organisms together with plants. Excessive release of HMs from industrial discharge and other anthropogenic activities has threatened sustainable agricultural practices and limited the overall profitable yield of different plants species. Heavy metals at toxic levels interact with cellular molecules, leading towards the unnecessary generation of reactive oxygen species (ROS), restricting productivity and growth of the plants. The application of various osmoprotectants is a renowned approach to mitigate the harmful effects of HMs on plants. In this review, the effective role of glycine betaine (GB) in alleviation of HM stress is summarized. Glycine betaine is very important osmoregulator, and its level varies considerably among different plants. Application of GB on plants under HMs stress successfully improves growth, photosynthesis, antioxidant enzymes activities, nutrients uptake, and minimizes excessive heavy metal uptake and oxidative stress. Moreover, GB activates the adjustment of glutathione reductase (GR), ascorbic acid (AsA) and glutathione (GSH) contents in plants under HM stress. Excessive accumulation of GB through the utilization of a genetic engineering approach can successfully enhance tolerance against stress, which is considered an important feature that needs to be investigated in depth.