教员からのメッセージ
人と地球の未来を考えて植物を研究しています - 嶋田幸久 教授
植物をつかさどる机能、物质を研究
嶋田 幸久（しまだ ゆきひさ）教授
● 环境応答のカギ、植物ホルモン
植物は自らの意思で动くことができず、生まれた场所で一生を过ごさなければなりません。そのために、周りの环境を察知して対応する能力に优れています。植物は、地上では太阳の光を求めて上に伸びる一方、地下の根は水分を求めて下に伸びてゆきます。常に上下の方向を感知して、方向を修正して正しい方向に伸びることができます。别のセンサーは昼と夜の长さをキャッチし、季节が今いつなのかも感知します。こうしたセンサーで环境を察知し、成长を调节する働きを、植物の「环境応答反応」といい、植物が生きていくのになくてはならない能力です。
环境応答反応には「植物ホルモン」が関与しています。植物ホルモンは植物の体内で生产される低分子の化合物で、生成される场所から植物体内の他の场所に运搬され、微量で植物の成长や分化を调节する働きがあります。オーキシン、サイトカイニン、ジベレリン、アブシジン酸、ブラシノステロイド、エチレン、ジャスモン酸などがあり、それぞれに働きがあります。私の研究室では、このような植物ホルモンが环境応答にどう作用しているかを研究しています。&苍产蝉辫;
植物ホルモンの研究の中でも、私がいちばん注力している対象が「オーキシン」です。オーキシンは、進化論で有名なダーウィンが存在を予見し、最も古くから研究されている植物ホルモンのひとつで、細胞の分裂、茎や根の伸長、発根、果実の肥大など、植物の成長をあらゆる場面で制御しています。イチゴやトマトの実を太らせ、水田の除草剤として使われるなど、農業面を中心にすでに広く活用されています(CLOSE UP 1)。
オーキシンはアミノ酸の一种であるトリプトファンから合成されており、またオーキシンの生合成酵素や信号伝达に関わる因子は遗伝子によってコントロールされ、その设计図は全ての遗伝情报である「ゲノム」に书かれています。现在、ゲノムの情报を解析して、どの遗伝子がどう働いているのか、遗伝子の机能やゲノムに书かれた生命の设计図を解読する作业を进めています。
CLOSE UP1
豊かな「食」に贡献する植物ホルモン
植物ホルモンは、农作物の成长において重要な役割を果たしています。例えばオーキシンは、果树の枝を切り取って地中に挿し込み、根を出させて新株を得る「挿し木」における発根促进剤に使われたり、イネの成育を阻害する雑草の除草剤に使用されたりしています。他にも、ジベレリンは种なしブドウの肥大を促进し、エチレンは、ヒョロヒョロと细く育つモヤシを、太くてシャキシャキしたものに変えます。また、青々とした状态で输入されたバナナは、港でエチレンをかけられ、2?3日して黄色く食べごろになってからスーパーへ运ばれます。
このように植物ホルモンは、ごく身近な存在として、私たちの食生活にも深く関わっています。今后も未知の物质が见つかり、日々の暮らしに活かされる可能性はあります。
植物の遗伝子を通して、地球环境へのヒントを探る
植物の遗伝子の机能を研究するのに欠かせないのが「モデル植物」です。动物の研究では病気の原因を解明したり薬を开発したりする目的でマウスやラットなどの「モデル动物」を使いますが、植物においても同じような役割を担う生物が存在します。代表的なものとして野草の「シロイヌナズナ」があります。シロイヌナズナは、ゲノムのサイズが小さい。栽培がしやすく、种を蒔いて3ヶ月程で次世代の种子が採れる。遗伝子の组み替えが简単に行えるなど、遗伝子やゲノムの研究をスムーズに遂行するための利点を备えています。
2000年に、シロイヌナズナは植物として初めて全ゲノムの解読が终了し、ゲノムサイズは1.3亿塩基対、遗伝子数は约2万6000个と判明しました。これは高等植物としては最小の部类に入ります。ただゲノムがわかったといっても、それは顿狈础の配列がわかっただけで、どこに何の情报が书かれているかは未解明です。多様な植物の生き方に迫るべく、まずはモデル植物の设计図の解読を进めています。
地球温暖化の原因ともされる颁翱2（二酸化炭素）の増加は、私たちの未来に関わる大きな问题です。化石燃料を使い、森林を伐採し、颁翱2を排出し続けてきた现代社会ですが、それももう限界に近づいています。これからは放出した颁翱2を回収し、再利用する「颁翱2のリサイクル社会」への転换の必要性があると考えます。その一翼を植物が担えるようにすることは、研究の最终的な目标でもあります。
また、环境の変动による凶作や砂漠化、新兴国の人口増加と需要の拡大などによる食粮危机の到来も、现実味を帯びてきています。
かつて「緑の革命」と呼ばれた農業技術革新が、穀物の大量生産を実現し、世界の食糧危機を回避させたように(CLOSE UP 2)、「第二の緑の革命」を求める声もあります。このように地球規模で進む課題に対し、植物の持つ機能を解き明かし、解決へのアプローチを探っていきます。
CLOSE UP2
品种改良がもたらした、飞跃的な生产性の向上
「緑の革命」とは、1940年代から60年代にかけ、品种改良、化学肥料や农薬の投入、灌漑设备の整备などにより、穀物类の大量増产を达成した农业革命のひとつです。コムギやイネなどの穀物类は肥料を多く投入すると、作物の背が高くなり倒れやすかったのですが、品种改良により、背が低くて倒れにくい、そして肥料の投入量に応じた安定増加が见込める作物の开発に成功しました。実は日本の农业技术も、この緑の革命に寄与しています。「农林10号」という日本产の小麦品种が、アメリカおよびメキシコで品种改良され、背が低く生产性の高い小麦となり、当时食粮难に陥っていた国の人々を救ったのです。緑の革命で用いられた品种改良には、ジベレリンやブラシノステロイドといった植物ホルモンに関する遗伝子が利用されています。
植物を学ぶ。植物から学ぶ
私が植物の研究を始めたきっかけは、植物ホルモンなど、数种类の化学物质がその成长をコントロールしているという点に兴味を持ったことです。理化学研究所、横浜市大と、一贯して遗伝子や植物ホルモンを研究対象にし、植物の生きる仕组みの解明やその応用について研究をしてきました。
现在は、世界レベルでゲノムの解読がすすみ、遗伝子の机能を解明する研究に関しては、様々な情报と材料が揃ってきています。日々新たな発见や进歩に出会えるこの世界に、刺激されています。新しい技术やアイデアを柔软に取り入れて、自ら最先端を生み出せる存在でありたいと思っています。
あたり前ですが植物は黙って何も言わないし、见かけは动きません。それをおもしろくないと感じる人もいるかもしれませんが、植物は人间にはない能力を持ち、生きていくための知恵や工夫をたくさん备えています。専门的な装置や実験系を用いると、植物がダイナミックに动いたり、环境に応答したりする姿を観察することができます。人间が生きていくのに必要なことも、もしかしたら植物から学べるかもしれません。
研究室に入ってくる学生は、研究を通して色々な技术を吸収し、実社会で贡献したいと考えている人が多いです。私も彼らと一绪に研究を进め、世の中で役に立つ技术や、社会に贡献できる人材を辈出していきたい、そう考えています。苦労して、とことん突き詰めて成果が得られたり、先生や仲间と协力して困难を乗り越えていく。このような経験は、どんなフィールドに身をおいても力を与えてくれるはずです。