フィトシデロフォアナログであるプロリン-2′-デオキシムギネ酸は従来のキレート剤よりもトウモロコシの鉄栄養改善に有効である
フィトシデロフォアナログであるプロリン-2′-デオキシムギネ酸は従来のキレート剤よりもトウモロコシの鉄栄養改善に有効である
Motofumi Suzuki a*, Yutaro Suzukib*, Kensuke Hosodaa, Kosuke Namba c and Takanori Kobayashi b
a愛知製鋼株式会社（日本、愛知県東海市） b
石川県立大学資源生物工学研究所（石川県野々市市）、c
徳島大学薬学部、日本、徳島
SOIL SCIENCE AND PLANT NUTRITION https://doi.org/10.1080/00380768.2024.2385401
（要旨）
鉄（Fe）は必須栄養素であるが、石灰質土壌のようなpHの高い条件下では溶解度が低いため、生物学的利用率が低い。我々は、イネ科植物が鉄を効率的に取り込むために分泌する天然の鉄キレーター2′-デオキシムギネ酸のアナログを合成し、プロリン-2′-デオキシムギネ酸（PDMA）と命名した。鉄(III)-PDMAの土壌施用はイネの鉄欠乏症状を改善した。本研究では、主要なイネ科作物であるトウモロコシとイネの比較のために、PDMAの鉄栄養補給としての可能性を探った。石灰質土壌ポットでは、トウモロコシの鉄欠乏性クロロシスはFe(III)-PDMAの単回施用で効率的に回復した。一方、Fe(III)-エチレンジアミン四酢酸（EDTA）やFe(III)-N,N′-di(2-hydroxybenzyl)ethylenediamine-N,N′-diacetic acid monohydrochloride（HBED）のような従来のFe(III)-キレーター錯体で処理したトウモロコシはほとんど回復しなかった。同様に、石灰質土壌ポットにおけるイネの鉄クロロシスは、Fe(III)-PDMAの単回施用で効率的に回復したが、他の従来のFe(III)-キレーター錯体では回復しなかった。Fe(III)-PDMAは、水耕栽培されたトウモロコシ苗の鉄欠乏性クロロシスの改善にも有効であった。Fe(III)-EDTA存在下で、低濃度の金属を含まないPDMAを添加すると、トウモロコシまたはイネの鉄クロロシスは回復した。これは、ZmYS1およびOsYSL15トランスポーターによるFe(III)-PDMAの取り込みのために、EDTAからPDMAへのリガンド交換が行われた可能性を示唆している。同様の効果は、安定性定数が高いFe(III)-HBEDでも観察されたが、その程度はFe(III)-EDTAよりも小さく、HBEDからPDMAへのリガンド交換は、EDTAのような安定性定数が中程度のキレート剤よりも起こりにくい可能性が示唆された。トウモロコシの根の鉄キレート還元酵素アッセイでは、Fe(III)-PDMAの実質的な還元が認められたが、この還元活性は鉄欠乏条件下では増加しなかった。これらの結果は、Fe(III)-PDMAがキレート型鉄吸収システムの基質として適していることから、PDMAがトウモロコシを含むイネ科作物の鉄栄養改善のための効率的な試薬であることを示唆した。
（以下図の説明）
図2. トウモロコシ石灰質土壌ポット実験1における鉄キレート化プロリン-2′-デオキシムギニン酸第二鉄［Fe(III)-PDMA］およびエチレンジアミン四酢酸［Fe(III)-EDTA］の効力。(a) 最新葉の土壌植物分析発育（SPAD）値。平均値を示す［30 μM Fe(III)-PDMA では n = 3；他のブロックでは n = 4］。(b) Fe(III)-キレーター複合体施用9日後の代表的植物。上：植物全体。矢印は新葉を示す。下：新葉の拡大図。(c) 実験期間後の上葉の鉄濃度。値は平均値±標準偏差（SD）で示した［30μMのFe（III）-PDMAについてはn＝3；他のブロックについてはn＝4］。(a)と(c)において、同じ文字のグループは有意差がないことを示す（p < 0.05；TukeyのHSD検定）。
図3. トウモロコシにおける30μM Fe(III)-PDMAの有効性を、30μM Fe(III)-キレート化N,N′-ジ(2-ヒドロキシベンジル)エチレンジアミン-N,N′-二酢酸一塩酸塩（HBED）またはEDTAと比較した石灰質土壌ポット実験2。 (a) 最新葉のSPAD値。平均値を示す（無処理ブロックはn=4、その他のブロックはn=3）。同じ文字のグループは有意差がないことを示す（p < 0.05；TukeyのHSD検定）。(b) Fe(III)-キレーター複合体散布7日後の代表的植物。
図5. トウモロコシ水耕栽培実験2における、非キレート化PDMAとFe(III)-EDTAまたはFe(III)-HBEDの併用効果。最新の葉のSPAD値を 遊離PDMAおよびFe(III)-キレート剤複合体散布後3日目（a）または7日目（b）に測定した。値は平均値±SDで示した（n = 3）。同じ文字のグループ は有意差がないことを示す（p < 0.05；TukeyのHSD検定）。
図 6. 50 μM Fe(III)-PDMAおよび他のFe(III)-キレーター錯体を基質としたトウモロコシ根のFerric-chelate reductase（FCR）活性 FCRアッセイ実験1。
トウモロコシ植物を、前培養後7日間、Fe充足（+Fe）またはFe欠乏（-Fe）条件下で水耕栽培した。値は平均値±SD [ Fe(III)-PDMA-Feについてn = 4、およびFe(III)-クエン酸塩-Feについてはn = 4、その他のブロックについてはn = 3]。同じ文字のグループは有意差がないことを示す（p < 0.05；TukeyのHSD検定）。
図2、図3
図5
図6