植物の細胞壁を作り変える新機構を解明

• 細胞壁の構造が植物細胞の機能と植物の生育に重要である。
• 細胞表層におけるアクチン重合量の調節が細胞壁の構造を決定する重要な要因であることが判明した。
• 本研究成果は、細胞壁形成におけるアクチン重合の新たな役割を解明し、アクチンを切り口とした植物の改良への道を切り開いた。

名古屋大学大学院理学研究科の貴嶋 紗久 研究員(現　産業技術総合研究所生物プロセス研究部門 研究員)、佐々木 武馬 助教、理学部の菊島 悠一郎 学部生、小田 祥久 教授の研究グループは、九州大学大学院芸術工学研究院の井上 大介 准教授、大阪大学大学院理学研究科の近藤 侑貴 教授、東京大学大学院理学系研究科の稲垣 宗一 准教授、産業技術総合研究所生物プロセス研究部門の坂本 真吾 上級主任研究員、光田 展隆 副研究部門長、埼玉大学大学院理工学研究科の山口 雅利 准教授との共同研究により、植物が細胞壁^注1）の構造を制御する新機構を明らかにしました。

本研究グループは、シロイヌナズナの道管の細胞壁の構造に異常を示す変異体を新たに単離。その原因遺伝子KNAT7が フォルミン11(FH11)遺伝子の発現を抑制していることを突き止めました。KNAT7が機能しなくなると、FH11の発現が上昇し、FH11タンパク質が過剰に作られていました。FH11は細胞膜上でアクチンの重合を促進し、アクチン繊維^注2）が増加、それにより道管の細胞壁の構造のタイプが変わってしまうことが判明しました。つまり、植物はアクチンの重合量を調節することにより細胞壁の構造を制御していたのです。

植物の細胞を覆う細胞壁は、細胞の形、さらには葉や根の成長や、さまざまなストレスへの対応など多様な機能を担います。本研究の知見を応用して植物の細胞壁構造を人為的に制御することにより、収穫しやすい形態の植物や、乾燥ストレスに強い植物を作り出す技術につながると期待されます。

本研究成果は2025年2月26日付英国科学誌「Nature Communications」で公開されました。

注1）細胞壁：植物の細胞膜の外側に形成され、植物細胞の形態や機能を決定づける構造。主にセルロース、ヘミセルロース、ペクチンから成る。道管や仮道管、繊維等の二次細胞壁にはこれらに加えてリグニンが沈着することで疎水的で強固な細胞壁になる。

注2）アクチン繊維：アクチンと呼ばれるタンパク質が重合することで作られる直径8ナノメートルの繊維状の構造。植物細胞では、細胞内の物質輸送や細胞内小器官の形態、分布の制御に関わっている。動物の筋肉組織の主要なタンパク質でもある。

雑誌名：Nature Communications
論文タイトル：Control of plasma membrane-associated actin polymerization specifies the pattern of the cell wall in xylem vessels
著者：貴嶋 紗久（産業技術総合研究所）、佐々木 武馬（名古屋大学）、菊島 悠一郎（名古屋大学）、井上 大介（九州大学）、坂本 真吾（産業技術総合研究所）、近藤 侑貴（大阪大学）、稲垣 宗一（東京大学）、光田 展隆（産業技術総合研究所）、山口 雅利（埼玉大学）、小田 祥久 (名古屋大学)
DOI: 10.1038/s41467-025-56866-y

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芸術工学研究院　井上 大介　准教授