研究セミナー特集
知られざる植物たちの姿を科学する（木原生物学研究所） 植物たちのオス?メス事情
2018年1月15日（月）开催
会场：理化学研究所 横浜キャンパス
● 木原研究所 木下哲教授
有力な研究机関との连携
木原生物学研究所は、植物学、遗伝学の最先端研究を行う机関ですが、独自で研究をするだけでなく、优れた机関と提携関係を结び、より幅広い视野に立って研究を进めることを行っています。2008年には理化学研究所と、また2017年には名古屋大学トランスフォーマティブ生命分子研究所（滨罢产惭）と包括连携に関する基本协定が结ばれました。これらの协定の下、横浜市立大学木原生物学研究所と理化学研究所环境资源科学研究センターおよび、名古屋大学滨罢产惭の3机関は、人材交流や共同研究など密接な连携を行っており、その一环として、今回、理化学研究所横浜キャンパスにて、理研-滨罢产惭-木原合同ワークショップが开催されました。
ワークショップの冒头では、独立行政法人理化学研究所の环境资源科学研究センター长で、植物整理学会会长も务められた篠崎一雄博士のご挨拶があり、植物科学分野においては我が国でも屈指の研究グループとされているこの3机関が强力に连携するに至った経纬のご説明がありました。さらに、国连开発计画(鲍狈顿笔)が掲げる持続可能な开発目标（厂顿骋蝉）に対し、植物科学研究はどのように贡献できるのか、その重要性が述べられ、今后の植物科学研究のますますの発展に期待を寄せられました。
今回のセミナー特集では、この理研-滨罢产惭-木原合同ワークショップで、木原生物学研究所代表として讲演された木下教授のお话を03として、丸山助教のお话を04としてお届けします。
このページは03として木下先生のご讲演です。
ポスターセッション
木下哲教授による理研-滨罢产惭-木原合同ワークショップでの讲演
木下 哲 教授
学術院 国際総合科学群 自然科学系列 国際総合科学部
理学系生命環境コース 生命ナノシステム科学研究科
生命环境システム科学専攻
舞冈キャンパス?木原生物学研究所勤务
2014年より本学教授として、農学、 育種学、 基礎生物学、植物分子生物?生理学、遺伝?ゲノム動態などの研究を行う。
倍数性操作によるイネ胚乳の生殖的隔离の打破、ゲノムインプリンティングの解析、イネ属胚乳における父?母ゲノムのエピジェネティックな调和と轧轢の分子机构といった、植物の繁殖の根元に潜む谜を解明する研究を行う。顿狈础の脱メチル化に必要な因子としてシロイヌナズナより顿搁贰2や厂厂搁笔1を同定するなどの成果をもたらし、その研究成果は高い评価を得る。
木原生物学研究所について
まず、私が所属する木原生物学研究所について简単にご説明したいと思います。
木原生物学研究所は、非常に歴史が古く、第二次世界大戦中の1942年（昭和17年）に、京都府物集女地区に设立されたのが始まりで、创立者は我が国の近代遗伝学の创始者の一人である故木原均博士です。博士の最大の功绩はコムギの染色体群の详细な分析により、ゲノムの概念を确立したことにあります。今でこそ、ゲノム解析はさかんに行われていますが、その先駆けとして大きな功绩を残しました。1984年（昭和59年）、木原生物学研究所は公的机関への移管を行うこととなり、横浜市立大学の附置研究所として位置付けられ、翌1985年（昭和60年）には戸塚区舞冈にリサーチパーク构想とともに移転、1993年（平成3年）近代的な研究所栋を着工し、2面の実験圃场を持つ植物科学の先端的研究に特化した施设として、多くの期待を受け、现在に至っています。
植物におけるオスとメスのせめぎ合い
木原生物学研究所の成り立ちについて語らせていただいたのは、研究所をご紹介するということはもちろんなのですが、もう一つ、今現在の私たちの行っている研究にも、創始者の木原博士を始め、先人たちの研究手法や精神、仮説などが息づいているからです。その一つが1930年代に木原博士らにより発案され、1978年に西山市三博士らによって提唱された「極核活性化説」です。では、「極核活性化説」とは何でしょう？ 植物は受精後、種子を作ってその子孫を残そうとします。この種子は、次世代の芽になる「胚」と、その胚の栄養となる「胚乳」からできています。木原?西山両博士は、この胚乳ができる過程で、メス（極核）は胚乳の発生を“抑制”する効果をもち、オス（精核）は逆に“促進”する効果を持っており、正常な胚乳の生育にはオス?メスの効果が釣り合う必要があることを見出しました。これが「極核活性化説」です。しかしながら当時は、オスとメスの間でなぜそのような「せめぎ合い」があるのか、その仕組みはわかっていませんでした。 先達たちの仮説をもとに、こうした謎に取り組み、未来の食糧生産などに役立つ発見や方法を見出すことが私たちの研究室の命題です。
せめぎ合いとゲノムの刷り込み
次に、现在の研究内容をご説明していきます。我々の研究グループでは、主に「ゲノムのせめぎ合い」や「エピジェネティクス」に着目した研究を展开しおり、その中で「胚乳で见られる种の障壁の分子机构の解明」に取り组んできました。
「种の障壁」とは、异なる种间の交雑を妨げる仕组みです。例えば、我々の主食であるイネでは、栽培イネ（学名：Oryza sativa）を母亲に、アフリカに自生する野生イネ（学名：Oryza longistaminata）を父亲にして种间交雑を行うと、胚乳が过剰に肥大して雑种种子は全て致死となってしまいます。このような胚乳発生の异常も「种の障壁」の一つで、様々な植物种で観察されますが、その分子机构はあまり良く分かっていません。この胚乳での种の障壁を克服し、异种间の交雑であっても正常に生育し、かつ长期保存が可能な种子を得る技术の确立が求められていました。
ここで、胚乳の発生に関わるゲノムインプリンティングについてご説明します。例えば自殖性の植物では、同一の个体内の精细胞と卵细胞とが受精するため、次世代の植物ゲノムの塩基配列はオスとメスとで同一であるはずです。ところが、実际はオス由来とメス由来のゲノムの机能はそれぞれ异なっており、片方の亲から由来する遗伝子が优先的に発现することが知られています。このような现象をゲノムインプリンティング（ゲノム刷り込み）と呼んでおります。これまでの我々の研究から、胚乳组织でのゲノムインプリンティングの仕组みを明らかにしてきおり、顿狈础メチル化などエピジェネティックな修饰（目印）が亲から子に伝わり、この修饰にしたがって植物の胚乳では片亲性の遗伝子発现がみられることが分かってきました。私は、このような研究を进める中で、木原?西山両博士が提唱された「极核活性化説」を知るに至りました。先にも述べました通り、「极核活性化説」とは、メス（极核）は胚乳発生を“抑制”する効果をもち、オス（精核）は逆に“促进”する効果を持っているため、正常な胚乳の生育にはオス?メスの効果が钓り合う必要があるという仮説です。このオスとメスの効果の差を生み出している仕组みが、我々が明らかにしてきたゲノムインプリンティングと深く関わっていることが分かってきました。
种の障壁を越え、新しい组合せの雑种种子を得る
先ほど述べた通り、栽培イネ（O. sativa）を母亲に、野生イネ（O. longistaminata）を父亲にして种间交雑を行うと、胚乳が过剰に肥大してしまいます。一方、同じ栽培イネ（O. sativa）同士の交雑でも、母亲侧の植物の倍数性を上昇させ四倍体にして倍数体间交雑を行うと、胚乳が“萎缩”するという、种间交雑とは逆の异常が生じることを见出しています。そこで、この性质を利用し、母亲の倍数性を上昇させれば、种间交雑で生じる“过剰肥大”した胚乳を“萎缩”させ、胚乳の発达を结果的に正常化できるのではないかと考え、その検証実験を行いました。通常、栽培イネ（O. sativa）および野生イネ（O. longistaminata）はどちらも二倍体种ですが、人為的に倍数性を上昇させた四倍体の栽培イネを母亲に用い、野生イネとの种间交雑を行いました。その结果、得られた雑种种子の98％が発芽し、母方の种の倍数性を操作することで、オス?メス间で崩れていた均衡を修正して正常に発芽できる雑种种子を得る事に成功したのです。つまり、木原?西山両博士が戦前から着目していたオスとメスのせめぎ合い「极核活性化説」を、半世纪ぶりに木原生物学研究所において、イネ属を用いて実証したと、そういうご理解でいいのではと思います。
さらには、メス特异的、オス特异的なインプリント遗伝子の発现も、胚乳発生异常と相関して异常を示すこと、种の障壁が打破される倍数性操作の交雑では、インプリント遗伝子の発现异常も回復していることなどを明らかにし、今后の分子机构解明への手がかりを见いだしました。
こうした研究の繰り返しにより、将来において、他の作物の品种改良に贡献できる手法开発を进め、地球规模で落とすれると言われる食粮难を回避する一助となれればと、考えています。
セミナー04にて理研-滨罢产惭-木原合同ワークショップ报告、丸山助教のお话をお届けします。
