東京工業大学バイオ研究基盤支援総合センター地球生命研究所の増田真二准教授らの研究グループは、葉緑体が植物の成長・栄養応答を制御する新たな仕組みを発見しました。
細菌には、緊縮応答と呼ばれる、遺伝子発現や代謝関連酵素群の活性を調節する環境応答機構が普遍的に存在することが知られています。また近年のゲノム解析によって、緊縮応答に関与する遺伝子は、植物や動物といった真核生物(核を持つ細胞からなる生物)のゲノムに保存されていることが分かってきました。しかし真核生物における緊縮応答の機能については明らかになっていませんでした。
本研究では、モデル植物シロイヌナズナを用いて、植物における緊縮応答について調べました。その結果、緊縮応答を担うタンパク質はすべて葉緑体で働いていることが分かりました。それらの遺伝子は、葉緑体の祖先であるシアノバクテリアのものと似ていることから、葉緑体がシアノバクテリアの細胞内共生によって誕生した際に植物細胞にもたらされたと考えられます。
また緊縮応答を過剰に引き起こす組換え植物体を作ったところ、通常条件下において、野生型の約1.5倍の大きさに成長し、葉緑体の遺伝子発現や代謝産物量が減少、葉緑体のサイズも小さくなることが確認されました。最近の研究で、葉緑体で作られるデンプンやアミノ酸などの代謝物が少ない植物体は個体のサイズが大きい傾向にあることが報告されていることから、植物における緊縮応答では、葉緑体の遺伝子発現や代謝などを調節することで、植物の成長を統括的にコントロールしているものと考えられます。
この制御機構の解明が進み、貧栄養条件下に強い植物の開発につながることが期待されています。
