植物の生命活動を支える起動装置を発見 ―細胞膜プロトンポンプを直接活性化する基本メカニズムを解明、気孔が開く仕組みも明らかに―

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2026-05-19 東京農工大学

東京農工大学を中心とする共同研究グループは、植物の生命活動を支える細胞膜プロトンポンプを直接活性化する「起動装置」を発見し、植物が朝に気孔を開く分子メカニズムを解明した。研究では、C5およびC7グループのRaf型キナーゼが複合体を形成し、細胞膜プロトンポンプのThr881をリン酸化して活性化することを明らかにした。この仕組みは、光・スクロース・植物ホルモンなど多様なシグナルに応答して働き、コケ植物から被子植物まで約4億年保存されてきた普遍的機構であることも示された。さらに、青色光によるThr948リン酸化と、光合成によるCO2低下を介したThr881リン酸化が組み合わさることで、気孔が朝に開くことを分子レベルで説明した。研究者らは、これは植物生命活動を駆動する「生命維持OSのコード」の解明に相当すると位置付けている。本成果は、干ばつ耐性作物や高効率光合成制御など環境適応型農業への応用が期待され、論文は Science に掲載された。

植物の生命活動を支える起動装置を発見 ―細胞膜プロトンポンプを直接活性化する基本メカニズムを解明、気孔が開く仕組みも明らかに―
図1:細胞膜プロトンポンプは植物の生命活動のメインエンジンである

<関連情報>

Raf様タンパク質キナーゼヘテロ複合体は植物形質膜H + -ATPaseを直接制御する Raf-like protein kinase heterocomplexes directly regulate the plant plasma membrane H+-ATPase

Hinano Takase, Aina Nagano, Shota Yamauchi, Yuki Hayashi, […] , and Taishi Umezawa
Science  Published:14 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1126/science.adx9533

Editor’s summary

Although animals generally use sodium ions to regulate ionic balance across membranes, plants use a proton pump instead. Takase et al. identified a group of C-type Raf-like protein kinases that phosphorylate plasma membrane H+ ATPases in both the flowering plant Arabidopsis thaliana and the distantly related liverwort Marchantia polymorpha. The C5 and C7 Rafs form a heterocomplex to phosphorylate a threonine residue on the proton pump, thereby regulating the opening of stomatal pores in response to light. These findings point to an evolutionarily conserved mechanism to regulate the activity of a fundamental ion pump in plants. —Madeleine Seale

Abstract

The plasma membrane proton pump [PM H+-adenosine triphosphatase (PM H+-ATPase)] is essential in plants. C-terminal phosphorylation events regulate proton pump activity, such as Thr881 phosphorylation in Arabidopsis AHA1. We discovered a sequential protein phosphorylation pathway in which two distinct types of Raf-like protein kinases, C5-Raf and C7-Raf, form a heterocomplex that phosphorylates Thr881 to activate PM H+-ATPases. This regulatory system is highly conserved across lineages from liverworts to angiosperms. In Arabidopsis, a C5-Raf Raf36 regulates plant growth through the phosphorylation of multiple Arabidopsis H+-ATPases (AHAs). Additionally, another C5-Raf HT1 functions with C7-Rafs CBC1/2 to phosphorylate AHA1T881, thereby generating a driving force for light-induced stomatal opening. Our findings provide a framework for understanding PM H+-ATPase activation in various physiological processes, particularly in elucidating the complete mechanistic understanding of light-induced stomatal opening.

細胞遺伝子工学
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