理化学研究所ら、傷んだ葉緑体の除去が光ストレス応答を支えると解明

ニュース紹介

「機能不全葉緑体の除去が光ストレス応答を支える－一部の葉緑体が盾となって全体の健全性が保たれている可能性－」

理化学研究所（理研）環境資源科学研究センター 分子生命制御研究チームの泉正範上級研究員、中村咲耶研究員、萩原伸也チームディレクター、質量分析・顕微鏡解析ユニットの豊岡公徳上級技師らの共同研究グループは、細胞内分解システムであるオートファジーによる葉緑体の分解経路「クロロファジー」の生理的役割を解明しました。

共同研究グループは、複数の細胞内イメージング技術を組み合わせ、葉の同一細胞内に存在する葉緑体一つ一つの機能を評価する手法を構築しました。そして、クロロファジーが機能不全に陥った葉緑体を除去することで、植物の光ストレス応答を支えていることを明らかにしました。一部の葉緑体がまるで"盾"のように強い光障害を引き受け、その後クロロファジーによって除去されることで、葉緑体集団全体の健全性が保たれている可能性があります。本研究は、科学雑誌『New Phytologist』オンライン版（11月9日付：日本時間11月9日）に掲載されました。

出典：理化学研究所 2026年11月9日 プレスリリース／掲載誌：New Phytologist／DOI：10.1111/nph.71688
https://www.riken.jp/press/2026/20261109_2/index.html

FrontJournalの解説

この研究分野について

植物は、葉の細胞内に多数ある「葉緑体」（光合成を担う細胞小器官）で光エネルギーを使い、二酸化炭素から有機物を作ります。ただし太陽光のエネルギーは葉緑体にとって過剰になることが多く、使いきれない分が葉緑体を傷つけます。強い光で光合成の能力が下がるこの現象は「光阻害」と呼ばれ、植物は日常的にこの光ストレスにさらされています。

細胞が自らの成分を分解して再利用する「オートファジー」（自食作用）は、2016年のノーベル生理学・医学賞の対象となった仕組みです。「理化学研究所」の泉上級研究員らは、強い光を受けた後に葉緑体が丸ごと分解される現象を発見しました。この現象がオートファジーによる経路「クロロファジー」であることも、2017年と2018年の論文で報告しています。一方で、葉緑体を分解することが植物にどのような利益をもたらすのかは、実験による裏付けが不足していました。

①葉緑体を一つずつ評価する観察手法

共同研究グループは、分解される葉緑体と他の葉緑体の違いを調べるため、同じ細胞の中の葉緑体を一つずつ評価する手法を作りました。蛍光プローブ（特定の物質と反応して光る分子）による観察に加え、「蛍光寿命顕微鏡（FLIM）」と電子顕微鏡による観察を組み合わせています。FLIMは、光合成色素クロロフィルが光ってから消えるまでの時間を測り、その長さから光合成の状態を読み取る技術です。

モデル植物のシロイヌナズナを調べたところ、クロロファジーで分解されるのは、光合成能力を失って活性酸素を出しやすくなった葉緑体でした。クロロファジーが働かない遺伝子欠損植物では、こうした機能不全の葉緑体が分解されずに細胞内に蓄積しました。

②「防御」と「除去」が連携する光ストレス応答

多くの葉緑体が強い光の下でも健全に保たれる理由として、研究グループは葉緑体を守る防御機構に着目しました。代表例は、強い光を受けた葉緑体が細胞の側壁側へ移動する「光逃避反応」です。この反応ができないphot2変異植物では、光ストレスの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。光エネルギーを熱として逃がす仕組み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も上がりました。

これらの結果から、植物はまず複数の防御機構で葉緑体の損傷を抑え、それでも重い損傷を受けた葉緑体をクロロファジーで取り除いていると研究グループは結論づけています。葉の表面側の葉緑体が強い光を受け止めることで、下側の葉緑体への光が弱まっている可能性も示されました。

FrontJournalからのひとこと

葉緑体を「守る」仕組みと「取り除く」仕組みを、同じ細胞の中で一つの流れとして示した基礎研究の成果です。リリースは、構築したイメージング技術が、機能不全の葉緑体を見分ける分子の仕組みを解明する基盤になるとしています。この知見が、環境ストレスに強い作物の開発へどうつながるか、今後の検証に注目しています。

FrontJournal編集部