葉柄の伸長を介して植物の競争力を高める鍵分子を発見 ―謎だったK+チャネルの機能を解明―

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2026-09-03 東北大学

東北大学の研究グループは、植物のカリウムイオン(K⁺)チャネルAKT5について、約30年間不明だった輸送活性と生理的機能を解明した。AKT5は特定のリン酸化酵素によって活性化され、K⁺を輸送するチャネルとして機能することが初めて実証された。さらにクライオ電子顕微鏡によってAKT5の分子構造を決定し、活性化機構を明らかにした。植物体内ではAKT5が葉柄に集中して存在し、AKT5を欠損させたシロイヌナズナでは葉柄が短くなり、植物が密集した環境での成長が低下した。このことから、AKT5によるK⁺輸送が葉柄伸長を促し、周囲の植物との光獲得競争に有利に働くことが示された。本成果は、植物のイオン輸送と成長制御の理解を深めるとともに、農作物の生産性を維持しながら高密度栽培を可能にする技術への応用が期待される。

葉柄の伸長を介して植物の競争力を高める鍵分子を発見 ―謎だったK+チャネルの機能を解明―
図1. リン酸化酵素によって生じるAKT5のK+電流

<関連情報>

AKT5は正真正銘のカリウムチャネルであり、シロイヌナズナの葉柄の成長を制御する AKT5 is a bona fide potassium channel and controls petiole growth in Arabidopsis

Yuki Muraoka, Shunsuke Kobayashi, Lisa Oskam, Michihiro Tateyama, […] , and Nobuyuki Uozum
Science Advances  Published:2 Sep 2026
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.aeh7630

Abstract

Potassium ion (K+) is essential for plant growth and development. Despite decades of study, the Shaker-type K+ channel AKT5 has remained functionally unassigned. Here, we report that AKT5 functions as a bona fide voltage-dependent K+ channel and serves as an essential regulator of petiole elongation. Structural analyses of AKT5 in a closed state and the AKT5-D403 variant in a pre-open state provide direct structural evidence for functional K+ channel activity. AKT5 assembled into a canonical tetramer with two-fold symmetry and, upon phosphorylation, operated as an inward-rectifying K+ channel activated at strongly hyperpolarized membrane potentials. AKT5 was predominantly expressed in young petioles, and loss of AKT5 function largely suppressed petiole elongation throughout the diurnal cycle, resulting in compact rosettes and reduced biomass under crowded growth conditions. These findings show that AKT5 is involved in a regulator of plant competitive growth and high-density performance.

生物化学工学
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