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研究紹介パンフレット

 

 

       
       

人類の生存と環境を支える植物の機能を
遺伝子から理解する

 植物生理学 教授 宮沢 豊

  
 
図1:実験で主に使っている
モデル植物のシロイヌナズナ
 

  私たちの暮らしは、実は植物の機能によって支えられています。例えば、私たちがエネルギー源としている炭水化物は、植物が光合成という機能によって生産したものです。植物が生産する炭水化物は、環境負荷の小さいバイオ燃料の原料としても、近年注目されています。さらに、植物は、光合成の際に大気中の二酸化炭素を吸収し、酸素を放出します。植物による二酸化炭素の吸収は、温室効果ガスの低減につながるとともに、放出される酸素は、私たちが呼吸するのに必要不可欠です。このような機能を持つ生物は、地球上に植物しか存在せず、それゆえに、どれほど工学や医学が進歩しても、人類の生存に、植物の機能はなくてはならないのです。これほど重要であるにも関わらず、植物が生育できる環境は、近年進行している地球環境変動によって減少しています。結果として、食料、環境、エネルギーといった問題が加速度的に進行しています。21世紀を生きる私たちに課された課題の一つは、この解決と言っても過言ではないでしょう。

 この課題を解決するために植物生理学研究室では、地球規模で進行する水欠乏を念頭に、水分が限定される環境への植物の適応の仕組みや、植物が環境の変化に応じて炭水化物生産力を変える仕組みを研究しています。植物の主要な吸水器官である根は、水分の多い方向を感知して、屈曲成長する能力(水分屈性)を有します。この水分屈性の発現機構を分子レベルで理解し、利用することで、土壌中の希少な水分に選択的に植物の根を向かわせることや、農業の少水化や効率化が可能になると考えています。

 根の水分屈性の分子機構の理解のために、モデル植物の1つであるシロイヌナズナ(図1)を用いて水分屈性を正常に発現できない突然変異体の解析を行いました。その結果、水分屈性発現に必要な遺伝子として MIZU-KUSSEI12MIZ1MIZ2)を同定しました(図2)。その後、研究を進めることによって、水分屈性発現の遺伝子レベルでの調節メカニズムを決定することができました。さらに、MIZ1遺伝子を改変することで水分屈性が促進され、水分限定環境下での植物生産力や植物の生存能力が向上することを見いだしました(図3)。

 
図2:水分を多く含む寒天に向かって根が
曲がらない水分屈性突然変異体の根
 

図3:水分欠乏状態にさらした野生型と
MIZ1遺伝子過剰発現体の根の細胞の比較
図中赤く染まっている部分は死んだ細胞。

 植物生理学研究室は、これまで世界をリードしてきた研究をさらに進めることで、1)現存の耐乾燥性植物作出技術の限界を超える品種の開発、2)植物工場などでの効率的な植物栽培技術の開発、3)植物による炭水化物合成・貯蔵能の向上を目指して研究を進めています。そして、近いうちに地球が抱えてしまった食料、環境、エネルギーといった問題を、植物の緑を活かすことにより解決する「真の」グリーン・イノベーションを創出します(図4)。

 
図4:植物機能の理解と利用が拓く
私たちの豊かな未来