植物の病害抵抗性を高める新しい方法を発見(Scientists Find a New Way to Help Plants Fight Diseases)

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2025-05-29 ラトガース大学

ラトガーズ大学とブルックヘブン国立研究所の研究チームは、植物の病害抵抗性を高める新たな方法を発見しました。彼らは、植物が自己防衛の一環として利用する特定のタンパク質分解酵素「メタカスパーゼ9(MC9)」の立体構造と活性化機構を詳細に解析しました。この酵素は、植物細胞が自発的に死滅する過程(プログラム細胞死)を通じて、病原体の拡散を防ぐ役割を果たします。研究チームは、X線結晶構造解析とコンピューターモデリングを駆使して、MC9の構造を明らかにし、その知見を基に植物の病害抵抗性を強化する技術の開発に着手しました。この成果は、農業分野における作物の病害管理に革新をもたらす可能性があります。研究結果は2025年5月29日付で『Nature Communications』誌に掲載されました。

<関連情報>

植物メタカスパーゼのpH依存的活性化の構造決定因子 Structural determinants for pH-dependent activation of a plant metacaspase

Haijiao Liu,Max Henderson,Zhili Pang,Qingfang Zhang,Eric Lam & Qun Liu
Nature Communications  Published:29 May 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-60253-y

植物の病害抵抗性を高める新しい方法を発見(Scientists Find a New Way to Help Plants Fight Diseases)

Abstract

Arabidopsis thaliana metacaspase 9 (AtMC9) plays roles in clearing dead cells, forming xylem vessels, and regulating immunity and programmed cell death in plants. The protease’s activation is controlled by pH levels, but the exact structural mechanism behind this has not been elucidated. In this work, we report high-resolution crystal structures for AtMC9 under both active (pH 5.5 and pH 4.2) and inactive (pH 7.5) conditions. The three structures are similar except for local conformations where their hydrogen bonding interactions with solvents are mediated through the protonation of specific titratable amino acid residues’ side chains. By combining structural analysis, molecular dynamics simulations under constant pHs, and biochemical assays coupled with site-directed mutagenesis, we show that the regulation of AtMC9 activation involves multiple titratable glutamate and histidine residues across the three domains of p20, linker, and p10. Specifically, deprotonated Glu112, His193, and His208 can suppress AtMC9 proteolytic activity, while protonation of Glu255 and His307 at acidic pH may promote it. This study provides valuable insights into the pH-dependent activation of AtMC9 and could potentially lead to improving crops with enhanced immunity and controlled cell death, ultimately increasing agricultural productivity.

生物化学工学
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