リグニン由来材料は、その金属キレート能力を通じて植物栄養素のバイオアベイラビリティと成長を改善する

リグニン由来材料は、その金属キレート能力を通じて植物栄養素のバイオアベイラビリティと成長を改善する

チアン・リュウ,河合翼,犬飼義明,ダン・アオキ,ジハン・フェン,イーフイ・シャオ,福島 和彦,シャンヨン・リン,ウェイミン・シー,ヴォルフガング・ブッシュ,松下 泰之 & バオハイ・リー

Nature Communications | ( 2023) 14:4866
　
（要約）
リグノセルロース系バイオリファイナリー業界は、世界のカーボンネットゼロ目標を達成するための重要な貢献者となり得る。しかし、廃棄物リグニンの価値が低いと、バイオリファイナリーの持続可能性が大幅に制限される。水熱反応を利用して、硫酸リグニン(SAL)を水溶性熱水SAL(HSAL)に変換した。ここでは、HSALが金属キレート能力を通じて植物栄養素のバイオアベイラビリティと成長を改善することを示した。HSALはフェノール性水酸基とメトキシ基の比率が高く、金属イオンをキレートする能力が特徴である。HSALの適用は、栄養素のバイオアベイラビリティを改善するため、単子葉植物種と双子葉植物種の両方の根の長さと植物の成長を有意に促進した。HSALを介した鉄バイオアベイラビリティの増加は、よく知られている金属キレート剤エチレンジアミン四酢酸に匹敵した。したがって、HSALは、バイオリファイナリー業界からの廃棄物リグニンの持続可能な利用のための魅力的な手段を提供するための持続可能な栄養キレート剤になる。

以下図6のみの説明です。

図6｜HSALの合成、構造、および根の長さと植物バイオマスを増加させるための鉄の生物学的利用能の向上に関する模式図。

硫酸リグニン（SAL）は水熱反応によって水溶性リグニン系物質（HSAL）に変換される。この反応は、モノマーの結合を切断してリグニンを解重合するだけでなく、メトキシ基の減少とフェノール性水酸基の増加を引き起こす。
この変化した構造により、SALは植物の成長と根の長さを促進する持続可能な鉄キレーターとして作用する。イネとシロイヌナズナの両方において、鉄をキレート化し、生育培地とアポプラスティック空間における鉄の生物学的利用能を高めることにより、植物の成長と根の長さを促進する。
戦略-Iの植物シロイヌナズナでは HSALでキレートされた第二鉄は、FRO2第二鉄還元酵素によって第一鉄に還元され 鉄に還元され、IRT1-輸送体を通して植物細胞内に輸送される。
トランスポーターを介して植物細胞内に輸送される。
戦略-IIの植物イネでは、鉄はHSAL キレート複合体から放出され、YSLトランスポーターを通じて根細胞内に輸送される。フィトシデロフォア型キレート錯体の形で、YSLトランスポーターを通して根の細胞に輸送される。