高温ストレス下で植物の発芽を調節できるたんぱく質の活性化機構を解明

静岡大学の竹内 純 准教授は、同大学の中村 彰彦 教授と明治大学の瀬戸 義哉 准教授と共同で、高温ストレス下での植物の発芽制御に関わるＫＡＩ２（ＫＡＲＲＩＫＩＮ ＩＮＳＥＮＳＩＴＩＶＥ ２）というたんぱく質がどのような分子構造を持つ物質（リガンド）と結びつくことで生理応答が起こるのかを明らかにしました。

地球温暖化により、高温ストレスが原因で植物の発芽が妨げられることは、農作物の収穫量に大きな影響を与える深刻な問題です。最近の研究で、植物ホルモンであるストリゴラクトンの受容体（Ｄ１４）の仲間であるＫＡＩ２が、高温環境での植物の休眠や発芽の調節に関与していることが報告されています。しかし、ＫＡＩ２と結合する植物内生リガンド（ＫＬ）はまだ同定されておらず、そのメカニズムもよく分かっていません。

そこで本研究では、ＫＡＩ２のリガンドがどのような分子構造を持っている必要があるのか、またＫＡＩ２がどのように活性化されるのかを解明しました。具体的には、ＫＡＩ２と結合することが知られているｄＭＧｅｒという物質（ＫＡＩ２アゴニスト）の構造を改変して、ＫＡＩ２と結合するが、ＫＡＩ２によって加水分解されないような構造としたｄＭＧｅｒアナログ（類似物質）を設計しました。このアナログを使って、ＫＡＩ２との結合活性や植物への効果を詳しく調べました。解析の結果、ＫＡＩ２を活性化するためには、リガンドがＫＡＩ２と結合するだけでは不十分であり、リガンドのブテノライド環が加水分解され、その後ＫＡＩ２の触媒残基と共有結合を形成することが重要であることが分かりました。

本成果は、１０年以上発見されていなかったＫＬの構造的特徴に関する新しい知見を提供し、ＫＬの探索研究を大きく前進させるものと期待されます。また、植物の高温発芽阻害の解決にＫＡＩ２経路を利用した新規農薬ターゲットを創り出せる可能性もあります。この研究成果は、２０２５年２月２０日に国際学術誌「Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ（ＰＮＡＳ）」のオンライン版で公開されました。