葉緑体研究で持続可能な農業を　静岡大学　本橋令子教授にインタビュー

植物の世界は、私たちが想像する以上に複雑で魅力的です。その中でも、葉緑体は植物の生命活動の中心を担う重要な細胞小器官です。今回、テラリウム編集部は、葉緑体研究の第一人者である本橋令子教授にインタビューを行い、最新の研究内容や植物科学の未来について伺いました。

植物の秘密を解き明かすー本橋令子教授の研究とはー

テラリウム編集部（以下、編集部）：本橋教授の研究の内容について教えていただけますでしょうか？

本橋教授：私は主に高等陸上植物の遺伝子の機能解析をしています。特に興味を持っているのはプラスチドの分化メカニズムの解明です。例えば、葉にあるプラスチドは葉緑体で、光合成を行っています。一方、花の花びらやトマトの果実などには、クロモプラストというカロテノイドを蓄積するプラスチドが存在します。このように、組織によってプラスチドの機能や形態が異なることに非常に興味を持っています。

葉緑体の分化や、葉緑体からクロモプラストへの分化のメカニズムについて、変異体を使ったり、遺伝子組換え体を作ったりして研究しています。

タグラインとは？

編集部：シロイヌナズナのタグラインを用いた研究に注目しましたが、タグラインとは具体的にどのようなものなのでしょうか？

本橋教授：タグラインは、植物の遺伝子機能を調べるための重要なツールです。2000年にシロイヌナズナの全ゲノム配列が決定され、約27,500個の遺伝子が存在することがわかりました。タグラインは、これらの遺伝子の機能を調べるために作られました。

具体的には、トウモロコシのトランスポゾンや、アグロバクテリウムのT-DNA配列を用いて、シロイヌナズナの遺伝子を破壊します。これにより、それぞれの遺伝子の機能を調べることができます。マウスでのノックアウト実験と似たような原理です。

なぜシロイヌナズナ？植物研究のスーパースター

編集部：なぜシロイヌナズナが研究に多く用いられているのでしょうか？

本橋教授：シロイヌナズナには、研究材料として多くの利点があります。まず、全ゲノム配列が最初に決定された植物の一つであることが大きいですね。また、染色体が5本しかなく、ゲノムがコンパクトで研究しやすいです。

さらに、遺伝子組換えが非常に容易です。フローラルディップという方法を用いれば、花芽をアグロバクテリウム溶液に浸すだけで遺伝子組換え体を得ることができます。これは他の植物と比べて非常に簡単で効率的です。

編集部：シロイヌナズナ以外にも、植物研究で重要な役割を果たしている植物はありますか？

本橋教授：はい、もちろんあります。日本では特に稲が重要なモデル植物として注目されています。

編集部：稲がモデル植物として使われている理由を教えていただけますか？

本橋教授：そうですね。日本は米の国ですから、稲研究は非常に盛んです。稲もシロイヌナズナと同様に、全ゲノム配列がすでに解読されています。以前は遺伝子組換えが難しかったのですが、現在ではアグロバクテリウムを使用した遺伝子組換え技術が確立されています。

葉緑体研究が変える私たちの未来ー脱炭素社会と持続可能な農業へー

編集部：葉緑体の研究が私たちの日常生活に影響を与えることはありますか？

本橋教授：はい、大きな影響があります。特に現在の脱炭素社会を目指す動きの中で、植物の光合成能力は非常に重要です。気候変動が激しくなる中、光合成能力を維持できる植物の開発が求められています。

また、施設栽培での効率的な作物生産にも葉緑体研究は貢献できます。省エネルギーで効率よく光合成を行う植物の開発は、持続可能な農業の実現に繋がります。

葉緑体の知られざる能力

編集部：葉緑体について、一般の人が知らない、研究者だから知っている知識はありますか？

本橋教授：そうですね、トマトを例に説明しましょう。トマトは最初、緑色の小さな実から始まります。この段階で細胞内の葉緑体は光合成を行い、デンプンを作って細胞分裂を促進します。トマトが大きくなると、今度は葉緑体がクロモプラストに変化し、カロテノイドを蓄積して赤くなるんです。

このように、葉緑体は光合成だけでなく、様々な機能を持つプラスチドに変化する能力を持っています。例えば、根ではアミロプラストとしてデンプンを貯めたり重力屈性を感知したりします。花びらや果実ではカロテノイドを蓄積し、みかんの皮ではテルペノイドを作って香りを放出したりします。

これは、ミトコンドリアが常に呼吸という一つの機能しか持たないのとは対照的です。葉緑体の多機能性は、植物の適応能力の高さを示しています。

見えない機能をどう解明するか

編集部：現在の研究で直面している課題や、今後の展望についてお聞かせください。

本橋教授：大きな課題の一つは、機能が予測できない遺伝子やタンパク質の研究方法です。DNA配列だけでは機能が予測できないものも多く、遺伝子を破壊しても見た目の変化が現れない場合もあります。こうしたケースでどうアプローチすべきか、今後の課題となっています。

一方で、技術は日々進化しています。例えば、現在私はトマトの果実を使って、葉緑体からクロモプラストへの分化に関わる遺伝子やタンパク質の解明を進めています。これらの研究を通じて、植物の環境適応メカニズムや効率的な農業生産に貢献できればと考えています。

知的好奇心と社会貢献への願い

編集部：研究を通じて感じているやりがいや、研究意欲の原動力について教えてください。

本橋教授：やはり、未知のことを新しく発見する喜びが大きいですね。知的好奇心が刺激されます。また、他の研究者の着眼点や発見を知ることも、大きな刺激になります。

さらに、研究成果が社会に貢献できる可能性も大きなモチベーションです。例えば、光合成の機能を最大限に発揮できる環境条件の解明や、誰でも簡単に使える光合成活性測定機器の開発などが実現できれば、農業の効率化やSDGsの達成に貢献できるでしょう。

読者の皆様へ本橋教授からのメッセージ

本橋教授：これからの地球環境変動が大きくなっていく中で、植物の役割はますます重要になってきます。環境問題や食糧問題に植物は深く関わっているので、多くの方に植物に興味を持ってもらいたいですね。直接研究をしなくても、研究者への理解を深め、支援していただければ幸いです。

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