光で傷んだ葉緑体は選んで分解して除去　理研が植物の仕組みを解明

要約版：専門用語を控えて説明しています

葉緑体が担う光ストレスへの応答

植物は光合成を行うために葉緑体を備えていますが、強い太陽光は葉緑体にダメージを与えます。研究グループは、細胞内イメージング技術を用いて、同一細胞内の葉緑体を1つずつ評価する手法を開発しました。

その結果、光合成能力を失って活性酸素を出しやすくなった機能不全葉緑体が、オートファジー（細胞内の分解システム）の一種である「クロロファジー」によって選択的に除去されることが明らかになりました。光逃避反応などの防御機構に加えて、この除去の仕組みが連携することで、植物の健全な状態が支えられています。

植物は太陽光を利用して光合成を行います。しかし、過剰な光エネルギーは、光合成を担う葉緑体に損傷を与えます。理化学研究所環境資源科学研究センターなどの共同研究グループは、こうした光ストレスへの植物の応答について、新しい知見を発表しました。

研究グループが解明したのは、葉緑体の分解経路「クロロファジー」の生理的役割です。クロロファジーは、細胞内の不要な成分などを分解する仕組み「オートファジー」によって、葉緑体を丸ごと分解します。研究成果は科学雑誌『New Phytologist』オンライン版に掲載されました。

研究グループは、蛍光プローブ観察、蛍光寿命顕微鏡（FLIM）観察、電子顕微鏡観察を組み合わせました。これにより、同じ細胞内にある葉緑体一つ一つの構造、形態、機能の違いを評価する手法を構築しました。

モデル植物のシロイヌナズナを解析した結果、クロロファジーの対象となるのは、光合成能力を失い、活性酸素種を産生しやすい状態になった葉緑体だと分かりました。

クロロファジーを行えないオートファジー関連遺伝子の欠損植物では、こうした機能不全の葉緑体が分解されず、細胞内に蓄積しました。クロロファジーは、光ストレスで生じた機能不全の葉緑体を除去し、活性酸素を伴う葉緑体の蓄積を防ぐ役割を担っています。

植物には、葉緑体を光から守る防御機構も備わっています。例えば、葉緑体が光を避けるように移動する光逃避反応や、光エネルギーを熱として放散する仕組みです。

研究では、光逃避反応が行えない変異植物で、光ストレス後に多くの葉緑体が機能不全となり、細胞死につながりました。熱放散が十分に働かない変異体でも、機能不全の葉緑体が増え、クロロファジーの活性が上昇しました。

植物は複数の防御機構によって葉緑体の損傷を抑え、それでも重篤な損傷を免れなかった葉緑体をクロロファジーで除去すると考えられます。

研究グループは、一部の葉緑体が盾のように強い光障害を引き受け、下側の葉緑体に届く光を弱めている可能性も示しました。その後、傷んだ葉緑体が除去されることで、葉緑体集団全体の健全性が保たれているのかもしれません。

今回構築されたイメージング技術は、クロロファジーの仕組みを分子レベルで理解するための研究基盤となります。研究グループは今後、分子機構の解明を進め、その知見が作物のストレス耐性向上につながるかを検証することを目指しています。

本記事は研究機関の公式発表の文章をもとにAIが要約・解説して自動生成したものです。研究成果の詳細や正確な表現は、発表元の資料・論文をご確認ください。元記事を読む制作方法と事実確認の手順は編集方針をご覧ください。誤りのご指摘はお問い合わせから受け付けています。