植物の成長ホルモン「ブラシノステロイド」が糖新生を促進する新たなメカニズムを解明 ―酵素の立体構造変化を介した精緻な代謝調節―

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2026-08-31 東北大学

東北大学とカーネギー研究所の国際共同研究チームは、植物ホルモン「ブラシノステロイド(BR)」が糖新生を促進する新たな分子機構を解明した。研究では、BRシグナルの抑制因子であるBIN2キナーゼが、糖新生の鍵酵素PCK1をリン酸化すると、PCK1の立体構造が6量体から12量体へ変化し、酵素活性が強く抑制されることを発見した。一方、BRが存在するとBIN2によるPCK1のリン酸化が抑えられ、PCK1が脱リン酸化されて活性を維持し、糖の合成が促進される。この仕組みは、発芽直後の実生における糖供給だけでなく、トウモロコシやソルガムなどのC4植物の光合成にも関与することが示された。ホルモンシグナルによる酵素の立体構造と代謝活性の制御という新しい知見であり、将来的には作物の成長促進やバイオマス生産向上に向けた標的となる可能性がある。

植物の成長ホルモン「ブラシノステロイド」が糖新生を促進する新たなメカニズムを解明 ―酵素の立体構造変化を介した精緻な代謝調節―
図1. ブラシノステロイドによりPCK酵素活性が変化する。(A)ブラシノステロイド生合成阻害剤 PPZを投与すると濃度依存的にPCK酵素の活性が低下する。 (B) PPZを与えるとリン酸化されたPCK1(P-PCK1)が増えるが、活性型ブラシノステロイドBLを与えると脱リン酸化される。

<関連情報>

ブラシノステロイドは、ホスホエノールピルビン酸カルボキシキナーゼのBIN2リン酸化を阻害することにより糖合成を促進する Brassinosteroids promote sugar synthesis by inhibiting BIN2 phosphorylation of phosphoenolpyruvate carboxykinase

Hongliang Zhang,Yalikunjiang Aizezi,Kanako Bessho-Uehara,Ajeet Chaudhary,Cao Son Trinh,Shou-Ling Xu & Zhi-Yong Wang
Nature Plants  Published:28 August 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41477-026-02379-5

Abstract

Sugar is both an essential energy source and the major substrate for cell wall biosynthesis during plant growth, yet how growth-promoting hormones regulate sugar synthesis remains unclear. Here we show that the brassinosteroids (BRs) promote gluconeogenic and photosynthetic sugar synthesis by activating phosphoenolpyruvate carboxykinase (PCK), which catalyses the conversion of oxaloacetate to phosphoenolpyruvate, a central step in primary metabolism. Arabidopsis BR-deficient mutants display reduced PCK1 activity and elevated phosphorylation at conserved Ser-62 and Thr-66 residues. BR treatment induces PCK1 dephosphorylation and activation, whereas the GSK3-like kinase BIN2 phosphorylates these sites, altering quaternary structure and inhibiting PCK1. Phospho-blocking mutations of Ser-62/Thr-66 confer BR-independent PCK1 activity and enhance seedling growth, while phosphomimetic mutations reduce PCK1 activity and impair seedling growth and establishment. BRs also promote PCK dephosphorylation and activation in photosynthetic leaves of maize and sorghum. Our study demonstrates that BRs regulate primary metabolism via GSK3/BIN2-mediated phosphorylation of PCK, thereby promoting gluconeogenesis and photosynthesis.

生物化学工学
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