メトホルミンはBIK1を介したCPK28のリン酸化を阻害し、植物免疫を強化する

2025-02-10 Mon
メトホルミンはBik1媒介のCPK28リン酸化を阻害し、植物免疫を強化学術的背景世界の食品の安全性がますます深刻な問題となっている中、作物の病害の制御は農業生産における大きな課題となっています。従来の化学農薬は病害を効果的に制御できますが、その過剰使用による環境汚染や健康問題は無視できません。そのため、植物自身の免疫システムを活性化する化学誘導剤の開発が、持続可能な病害防除策として注目されています。メトホルミン（Metformin, Met）は、2型糖尿病治療に広く使用されている薬剤であり、哺乳動物細胞での機能は広く研究されていますが、植物での作用メカニズムはまだ不明です。本研究は、メトホルミンが植物免疫を誘導する役割とその関連メカニズムを探り、新たな植物免疫誘導剤の開発に科学的根拠を提供することを目的としています。
研究の出所本研究の著者チームは、南京農業大学のDaolong Douや華南農業大学のXiangxiu Liangなど、多くの有名大学や研究機関の専門家・学者で構成されています。この研究は2024年2月22日に受理され、2024年3月3日に『Journal of Advanced Research』（2025年、第68巻）にオンライン掲載されました。
研究のプロセスと結果研究のプロセスメトホルミンによる植物免疫の誘発作用

研究者たちはまず、シロイヌナズナの葉に異なる濃度のメトホルミンを散布し、防御遺伝子（例えばFRK1、GST1、PR1、NHL10）の発現レベルを測定しました。その結果、メトホルミンは防御遺伝子の発現を有意に増強し、その誘導効果は量依存性を示しました。

次に、研究者たちはROS（活性酸素）の蓄積やMAPK（ミトジェン活性化プロテインキナーゼ）のリン酸化などの実験を通じて、メトホルミンが植物免疫反応を増強することを検証しました。その結果、メトホルミンはROSの蓄積やMAPKのリン酸化を有意に誘導し、植物免疫システムを活性化することが示されました。
病原菌感染の実験

メトホルミンが植物病害の防除効果に与える影響をさらに評価するため、研究者たちはシロイヌナズナの葉に異なる濃度のメトホルミンを散布し、病原菌Pseudomonas syringae pv. tomato (Pst) DC3000を接種しました。その結果、メトホルミンは植物の病原菌に対する耐性を有意に増強しました。また、メトホルミンはトマト、大豆、ピーマンなどの作物においてもPhytophthora capsiciなどの病原菌に対する耐性を増強しました。
メトホルミンの作用メカニズムの探究

表面プラズモン共鳴（SPR）と微量熱泳動（MST）技術を用いて、研究者たちはカルシウム依存性プロテインキナーゼ28（CPK28）がメトホルミンの潜在的な標的であることを発見しました。さらに、メトホルミンはBik1とCPK28の相互作用を阻害し、Bik1が媒介するCPK28のリン酸化を抑制することで、CPK28が免疫反応に及ぼす負の制御作用を緩和することが示されました。

分子ドッキング実験により、メトホルミンはCPK28のキナーゼ領域においてT76とD209と水素結合を形成し、CPK28の機能を抑制することが予測されました。突然変異実験により、T76部位はメトホルミンがCPK28に結合してその機能を抑制するための重要な部位であることが確認されました。
主な結果メトホルミンは植物の病原菌に対する耐性を有意に増強し、MAPKを活性化し、防御遺伝子の発現を増加させ、ROSの爆発を増強することで植物免疫反応を誘導しました。

CPK28はメトホルミンの直接的な標的であり、メトホルミンはBik1とCPK28の相互作用を阻害してBik1媒介のCPK28リン酸化を抑制し、CPK28が免疫反応に及ぼす負の制御作用を緩和しました。

メトホルミンはトマト、大豆、ピーマンなどの作物において広範な抗病原菌活性を示し、その潜在的な応用価値が示されました。
研究の結論本研究は、メトホルミンとその誘導体が新たな広範な植物免疫誘導剤のグループを構成することを発見しました。メトホルミンはCPK28を標的としてBik1が媒介するCPK28リン酸化を抑制することで、植物の免疫反応を強化しました。このメカニズムは、新たな植物免疫誘導剤の開発に理論的根拠を提供します。また、本研究は、植物システムがメトホルミンの機能とメカニズムを研究するモデルとしての可能性を示し、哺乳動物におけるメトホルミンの他の役割を探求する新たな視点を提供しました。
研究のハイライト新たな植物免疫誘導剤：本研究は初めて、メトホルミンとその誘導体が幅広い植物免疫誘導剤として機能することを発見し、持続可能な植物病害防除のための新しい化学ツールを提供しました。

メカニズムの解明：研究者たちは、メトホルミンがBik1とCPK28の相互作用を阻害して植物免疫を強化する分子メカニズムを初めて明らかにし、植物免疫制御を理解する新たな視点を提供しました。

潜在的な応用価値：メトホルミンは複数の作物において顕著な抗病原菌活性を示し、農業生産における潜在的な応用価値を示しました。
意義と価値本研究は、新たな植物免疫誘導剤の開発に科学的根拠を提供するだけでなく、哺乳動物におけるメトホルミンの他の役割とメカニズムを探求する新たな視点を提供しました。植物自身の免疫システムを活性化することで病害を防除することは、化学農薬の使用を減らし、環境汚染や健康リスクを低減することができます。さらに、本研究は、植物システムがメトホルミンの機能とメカニズムを研究するモデルとしての可能性を示し、今後の関連研究の新たな方向性を提供しました。