光によってプロトンポンプが活性化し気孔が開くしくみを解明 －高いCO2吸収力をもつ植物の开発に期待－
発表のポイント
- 植物の细胞膜プロトンポンプが光によって活性化し、気孔が开くしくみを解明
- プロトンポンプの光活性化には、自己阻害领域の2カ所のアミノ酸のリン酸化が必须
- バイオテクノロジーを利用して、植物の光合成や成长を増大させる新技术に期待
概要
山口大学大学院创成科学研究科（理学系学域）の武宮淳史准教授、冨士彩紗大学院生、山内翔太研究員（現在は東京理科大学 創域理工学部 嘱託助教）の研究グループは、東京理科大学創域理工学部の西浜竜一教授らと共同で、植物の「プロトンポンプ」が光によって活性化し、気孔を開口させるしくみを解明しました。
気孔は陆上植物の表皮にある孔であり、光に応答して开口し、光合成に必要な二酸化炭素（颁翱2）の吸収を促进します。细胞膜プロトンポンプ（贬+-础罢笔补蝉别）は细胞内の水素イオン（贬+）を细胞外へ汲み出す酵素であり、気孔开口の駆动力を形成します。しかし、プロトンポンプが光によって活性化するしくみについては、これまで解明されていませんでした。
本研究では、気孔を构成する孔辺细胞において、プロトンポンプの自己阻害领域に存在する2カ所のアミノ酸が青色光に応答して特异的にリン酸化されることを発见し、これらのリン酸化がプロトンポンプの活性化と気孔开口に必须であることを突き止めました。さらにプロトンポンプは孔辺细胞の光合成によってもリン酸化され、気孔开口を促进することを示しました。このしくみを応用することで、プロトンポンプのはたらきや気孔の开闭を人為的に制御することが可能となり、颁翱2吸収力や成长を向上させた植物を开発できる可能性があります。
本研究成果は、2024年2月20日19時（日本時間）にイギリス科学誌「Nature Communications」でオンライン公開されました。
発表论文の情报
- 論文名：Light-induced stomatal opening requires phosphorylation of the C-terminal autoinhibitory domain of plasma membrane H+-ATPase
（光による気孔开口には细胞膜贬+-础罢笔补蝉别の颁末端自己阻害领域のリン酸化が必须である） - 著 者：Saashia Fuji, Shota Yamauchi, Naoyuki Sugiyama, Takayuki Kohchi, Ryuichi Nishihama, Ken-ichiro Shimazaki, Atsushi Takemiya
（冨士彩纱、山内翔太、杉山直幸、河内孝之、西浜竜一、岛崎研一郎、武宫淳史） - 掲載誌：Nature Communications, 15：1195（2024年）
- D O I：10.1038/s41467-024-45236-9
- 掲载日时：2024年2月20日付
谢辞
本研究は、JSPS科研費 (21H02511、22K15144、21H02466、20H03275)、MEXT科研費(21H05665、22H04726、23H04202、19H05670)、JST SPRING (JPMJSP2111)、山口大学研究拠点群形成プロジェクト、日本応用酵素協会、武田科学振興財団の支援を受けて行われました。