公立大学法人大阪府立大学

モヤシは糖脂質で精巧な「ジャングルジム」を細胞内小器官の内部に作る―暗闇で作られる微細な膜構造体の謎に迫る―

更新日:2018年8月6日

本研究のポイント

  • 暗所で発芽したモヤシは、細胞内小器官の内側にジャングルジム様の複雑な膜構造を作ります。本研究により、植物特有の糖脂質であるDGDGがその膜構造の形成に不可欠であることが明らかになりました。
  • 極めて精巧かつ微細な膜のジャングルジム構造がどのようにして作られるのか大きな謎でしたが、その過程においてDGDGが重要な役割を果たすことを初めて明らかにしました。
  • モヤシは光合成を行うための準備としてジャングルジム構造を形成すると考えられ、その形成機構を解明することは、植物が効率的に光合成を行うための戦略の理解につながります。

発表者

  • 藤井 祥(東京大学大学院 総合文化研究科 広域科学専攻 生命環境科学系 博士後期課程3年)
  • 和田 元(東京大学大学院 総合文化研究科 広域科学専攻 生命環境科学系 教授)
  • 小林 康一(大阪府立大学 高等教育推進機構 准教授)

概要

図:エチオプラストの膜構造の図

図:エチオプラストの膜構造

被子植物の種子は暗いところで発芽するとモヤシになります。モヤシは葉緑体をもちませんが、その前駆体であるエチオプラスト(解説1)を形成しており、光が当たるとエチオプラストを急速に葉緑体へと分化させ、光合成を始めます。エチオプラストの内部には、ジャングルジムのような形状をした精巧な格子状の構造体がみられます。これはプロラメラボディとよばれ、その骨格は主に糖脂質(解説2)で構成されていることが知られていました。しかし、プロラメラボディの構築に糖脂質がどの程度重要であるか、これまであまりよく分かっていませんでした。今回、東京大学大学院総合文化研究科の藤井祥大学院生、増田建教授、和田元教授、日本女子大学理学部の永田典子教授と大阪府立大学高等教育推進機構の小林康一准教授の共同研究グループは、主要な糖脂質の一つであるジガラクトシルジアシルグリセロール(DGDG)に着目し、DGDGを失った場合にプロラメラボディの構造がどのように変化するかをシロイヌナズナ(解説3)という植物を材料に詳細に解析しました。その結果、DGDGをうまく作れなくなったシロイヌナズナのモヤシでは、ジャングルジム構造が緩く歪んだような形状になりました。このことは、DGDGがプロラメラボディの緻密な格子構造の形成に不可欠であることを示しています。さらに、プロラメラボディはクロロフィル(解説4)合成の前段階にある色素を多く含みますが、DGDGの欠損はその色素の合成を低下させることも明らかとなりました。プロラメラボディの脂質は光合成の場であるチラコイド膜(解説5)を作るのに必須の材料であることから、糖脂質によって支えられているジャングルジム構造は、光を浴びたモヤシが効率的に葉緑体を形成するうえで非常に重要な役割を担っていると考えられます。この研究をさらに進めることによって、植物が効率的に光合成を行うための戦略をより深く理解できるようになると期待されます。

本成果は「Plant Physiology」オンライン版で 2018年8月6日に公開されました。

論文タイトル「Digalactosyldiacylglycerol is essential for organization of the membrane structure in etioplasts」

用語解説

解説1 エチオプラスト

被子植物が暗所で芽生えたときに、子葉の細胞中で発達する細胞内小器官(図参照)。内部に規則的なジャングルジム様の膜構造であるプロラメラボディをもつ。光が当たると急速に葉緑体へと発達する。

解説2 糖脂質

分子の中に糖を含む脂質。植物や藻類の葉緑体では、3種類のグリセロ糖脂質が全膜脂質の90%程度を占める。

解説3 シロイヌナズナ

アブラナ科シロイヌナズナ属の1年草。学名はArabidopsis thaliana。モデル実験生物として植物で初めてゲノム解読が行われ、多くの変異系統やデータベースが世界各国の研究機関で維持・管理されている。

解説4 クロロフィル

葉緑素とも呼ばれる植物の緑色色素で、光合成に必要な光エネルギーを集める機能をもつ。

解説5 チラコイド膜

葉緑体の内部にみられる扁平な袋状の膜構造で(図参照)、光合成の初期反応の場である。脂質が作る膜に、クロロフィルやタンパク質が蓄積している。

お問い合わせ

大阪府立大学 高等教育推進機構

准教授 小林 康一

Eメール kkobayashi[at]las.osakafu-u.ac.jp[at]の部分を@と変えてください。