藤井 祥 助教

研究内容

研究テーマは，植物の中で「葉緑体ができる仕組み」の解明です。

葉緑体の分化

葉緑体は植物の全ての細胞に存在する細胞内小器官です。被子植物では，葉緑体は環境や生育段階によって姿を大きく変化させることができます。例えば，種子が芽生えて葉が緑になるのは，植物細胞の中で葉緑体の「もと」である原色素体が葉緑体に分化するためです（図1）。様々な姿の葉緑体はまとめて「色素体」と呼ばれており，そのダイナミックな分化が植物の生き様の根幹となっていると言っても過言ではありません。このような色素体分化の分子メカニズムを解き明かすことを目標に，遺伝学，分子生物学，生化学，顕微鏡解析，ゲノム科学などの技術を駆使して研究を進めています。

図１　キャベツを半分に切って光を当てておくと，1日もしないうちに葉緑体が発達し，緑になります。下の図は，光合成活性を可視化する装置で測定した芽キャベツの写真です。切った直後はほとんど光合成を行っていなかった中心部分の葉にも，1日間で外側と同じくらいの光合成活性をもつ葉緑体が発達しています。この現象は緑でない組織にも葉緑体の「もと」が存在することを示唆しています。この場合はエチオプラストとよばれる色素体が葉緑体に分化しています。

葉緑体の発達を支える膜脂質合成と遺伝子発現

色素体の構造の基盤をつくるのは膜脂質です。色素体分化の過程では，膜脂質が色素合成や光合成，遺伝子発現のプロセスなどを支える多様な機能を持つことを見出してきました。また，色素体の膜上には色素体独自のゲノムDNAが存在します。色素体DNAとタンパク質が形成する染色体状の構造「核様体」は，色素体独自の遺伝と遺伝子発現の装置です。色素体分化とともに核様体の構造や色素体の遺伝子発現は大きく変化しますが，その制御機構は多くが謎に包まれています。この仕組みを明らかにすべく，色素体DNAや転写装置と膜との相互作用に着目して研究を進めています（図2）。

図2　シロイヌナズナのさまざまな変異体。中央が野生株で，周囲の6種類はそれぞれ異なる遺伝子を1つだけ欠損した変異体です。右上から時計回りに，葉緑体の遺伝子発現装置の変異体が2つ，クロロフィル合成酵素の変異体が2つ，葉緑体の膜脂質合成の変異体が2つです。いずれも葉緑体の発達が阻害されて葉の色が薄くなっていますが，欠損する遺伝子によって表現型が大きく異なります。この差に着目すると，原因遺伝子の機能に迫ることができます。