糖代謝異常が引き起こす葉緑体の分解現象を発見 -麦芽糖の過剰蓄積が植物オートファジーを活性化-

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2026-05-13 理化学研究所

理化学研究所(理研)の泉正範上級研究員、中村咲耶研究員らの研究グループは、植物で糖代謝が異常になると葉緑体が自己分解される現象を発見した。研究成果は2026年にPlant Physiologyへ掲載された。研究では、葉緑体から麦芽糖(マルトース)を細胞外へ運ぶ輸送タンパク質「MEX1」に異常を持つシロイヌナズナを解析した結果、葉緑体内に通常の70倍以上の麦芽糖が蓄積し、葉緑体が異常に膨張することを確認した。さらに、この異常葉緑体に対し、細胞内自己分解機構「オートファジー」の一種である「クロロファジー」が強く活性化し、葉緑体が液胞へ運ばれて分解される現象を観察した。オートファジー機能を欠損させると成長障害が軽減したことから、過剰なクロロファジーが植物成長阻害につながる可能性も示された。本成果は、植物のストレス応答や栄養リサイクル機構の理解を深め、将来的な作物のストレス耐性向上や栄養利用効率改善技術への応用が期待される。

糖代謝異常が引き起こす葉緑体の分解現象を発見 -麦芽糖の過剰蓄積が植物オートファジーを活性化-
麦芽糖の過剰蓄積により膨張した葉緑体の電子顕微鏡画像

<関連情報>

マルトースの過剰蓄積によって引き起こされる葉緑体ストレスは、コアオートファジー機構を介してクロロファジーを活性化する Chloroplast stress caused by maltose hyperaccumulation activates chlorophagy via the core autophagy machinery

Sakuya Nakamura,Mayumi Wakazaki,Mayuko Sato,Kiminori Toyooka,Atsushi J Nagano,Hiroyuki Ishida,Shinya Hagihara,Masanori Izumi
Plant Physiology  Published:08 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1093/plphys/kiag271

Abstract

Chlorophagy is an autophagy pathway that delivers chloroplast components into the vacuole for degradation, thus eliminating damaged chloroplasts. Chloroplast degradation is observed in Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) mutants of MALTOSE-EXCESS 1 (MEX1), a maltose exporter in the chloroplast inner envelope membrane. However, whether autophagy is involved in the mex1 phenotypes is unknown. To extend our understanding of the signals that emanate from damaged chloroplasts and activate chlorophagy, we investigated how mex1 chloroplasts are degraded. Chlorotic mature leaves caused by maltose hyperaccumulation in mex1 plants contained swollen chloroplasts in the cytoplasm and degrading chloroplasts in the vacuole, together with heightened expression of autophagy-related (ATG) genes. The vacuolar degradation of mex1 chloroplasts required the core ATG proteins ATG7 and ATG10. ATG8-labeled structures accumulated on the surfaces of swollen mex1 chloroplasts. These findings indicate that maltose hyperaccumulation triggers chlorophagy via the core autophagy machinery. Notably, phenotypic analysis of mex1 atg double mutant plants suggested that excess chlorophagy aggravates the chlorosis seen in mex1 leaves. Transcriptome deep sequencing indicated that maltose-excess stress shares a similar transcriptomic response with high-light stress, which also triggers chlorophagy. Therefore, the signals inducing chlorophagy may be highly stimulated in mex1 leaves, making mex1 mutants effective tools for chlorophagy research.

細胞遺伝子工学
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