生物学
2024.10.24
植物の気孔を減らす化合物の合成に成功 ～気孔発生司令因子の機能を妨害する化合物の発見～
名古屋大学トランスフォーマティブ生命分子研究所（WPI-ITbM）※の中川 彩美 研究員、鳥居 啓子 主任研究者/客員教授（米国テキサス大学オースティン校 教授）、理学研究科のシュー・ジャン・イップ博士後期課程学生、村上 慧 特任准教授（現 関西学院大学）、スンキ・ハン特任助教(現 韓国 亜洲大学校)らの研究グループは、植物の気孔を減らす低分子化合物を新たに発見し、その作用機序を解明しました。
気孔は植物の葉などの表皮に存在する孔（あな）で、酸素や二酸化炭素などのガス交換や水分調節に使われています。気孔の機能は水分調節や環境応答であるので、気孔の数を調節する低分子化合物があれば、基礎研究だけでなく農業への応用も期待されます。しかしながら、気孔の数やパターンを制御する低分子化合物の報告例は少なく、そのメカニズムも不明でした。
本研究では、イミダゾロン骨格を持つ化合物（Stomidazolone）が顕著に気孔数を減らすことを発見し、生化学的解析により、この分子が気孔の発生に重要なタンパク質のMUTE-SCRMのヘテロ二量体の結合を妨害していることを明らかにしました。気孔をつくる司令因子は、ヒトの幹細胞や神経の分化の司令因子と類似していますが、植物の司令因子だけに特徴的な領域のACTドメインにStomidazoloneが作用することで、植物の転写因子の機能阻害が生じ、気孔数が減ることが明らかになりました。さらに、計算化学と生化学的実験により、この分子と結合しているMUTEタンパク質のアミノ酸残基を同定し、タンパク質構造設計を用いてStomidazolone耐性をもつ植物体の作出にも成功しました。
今後は、農作物にStomidazoloneを投与し、乾燥地や干ばつ時での植物の乾燥耐性を高めるなど、応用開発研究、農業への可能性が期待されます。
本研究成果は、2024年10月23日18時（日本時間）付英国の科学雑誌『Nature Communications』に掲載されます。
・気孔数を減らす低分子化合物を発見
・気孔関連変異体の解析や、生化学的解析により、化合物の標的タンパク質を同定
・計算化学、生化学により化合物が結合する標的タンパク質のアミノ酸部位を特定
◆詳細（プレスリリース本文）はこちら
雑誌名：Nature Communications
論文タイトル：Chemical inhibition of stomatal differentiation by perturbation of the master-regulatory bHLH heterodimer via an ACT-Like domain
著者：Ayami Nakagawa*, Krishna Mohan Sepuru*, Shu Jan Yip*, Hyemin Seo, Calvin M. Coffin, Kota Hashimoto, Zixuan Li, Yasutomo Segawa, Rie Iwasaki, Hiroe Kato, Daisuke Kurihara, Yusuke Aihara, Stephanie Kim, Toshinori Kinoshita, Kenichiro Itami, Soon-Ki Han, Kei Murakami+, and Keiko U. Torii+ *共筆頭著者 +責任著者
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-53214-4
※【WPI-ITbMについて】（http://www.itbm.nagoya-u.ac.jp）
名古屋大学トランスフォーマティブ生命分子研究所（WPI-ITbM）は、2012年に文部科学省の世界トップレベル研究拠点プログラム（WPI）の1つとして採択されました。
WPI-ITbMでは、精緻にデザインされた機能をもつ分子（化合物）を用いて、これまで明らかにされていなかった生命機能の解明を目指すと共に、化学者と生物学者が隣り合わせになって融合研究をおこなうミックス・ラボ、ミックス・オフィスで化学と生物学の融合領域研究を展開しています。「ミックス」をキーワードに、人々の思考、生活、行動を劇的に変えるトランスフォーマティブ分子の発見と開発をおこない、社会が直面する環境問題、食料問題、医療技術の発展といったさまざまな課題に取り組んでいます。これまで10年間の取り組みが高く評価され、世界トップレベルの極めて高い研究水準と優れた研究環境にある研究拠点「WPIアカデミー」のメンバーに認定されました。
トランスフォーマティブ生命分子研究所 鳥居 啓子 主任研究者／客員教授・中川 彩美 研究員
https://www.itbm.nagoya-u.ac.jp/ja/members/post_77/index.php
https://www.plant-stomata.org/
