第10回 Science Cafe講演録: 名古屋大学 野田口理孝先生

2021年2月22日に開催された第10回Science Caféの講演録をご案内します。名古屋大学 野田口理孝先生は、Scienceの2020年8月7日号に論文が掲載され、その研究に基づき、研究のきっかけや苦労、面白さをお話しいただきました。 　

第10回Science Cafe

2021年2月22日（月）14：00-15：00

ご講演タイトル：接ぎ木の科学による展望

人類が直面する地球規模の環境問題である「食のリスク」、これは病気・乾燥・塩害・貧栄養・高温などにより耕作地の約4割がストレス土壌となっていることによるもの。農業が直面する問題であり、植物科学の研究者はこれらの状況を打破するための方法を考えている。

その一つの方法として、接ぎ木という、2000年以上も世界中で利用されている技術に焦点をあてた。地上部の植物と別の植物の根をつないで一つにするこの技術を使い、病害などに強い根の上で栽培種を育てることで、様々なストレス土壌の問題を解決できるのではないかと考えた。

これまで異科接ぎ木は不可能（接木不和合）であることが知られており、実現したい組み合わせがあっても、異科では接ぎ木ができなかった。しかし、タバコ属のナス科植物はアブラナ科の植物の上で育つという例外が発見された。さらに調べると、タバコ属植物は広範な植物と接ぎ木でき、主要な野菜類、マメ科のダイズ、アブラナ科のブロッコリー、ウリ科のカボチャ等を含む73種38科の植物と接ぎ木できることがわかった。この発見を実用可能にするため、科学的な検証を行った。

同種：　キクーキク　〇　接ぎ木成功
異科：　ダイズーキク　×　接ぎ木失敗。二つの植物の接合部組織に細胞の壊死層ができ、栄養や水分が行き渡らない
異科：　タバコ属植物―キク　〇　接ぎ木成功。タバコ属植物は相手が異科でも組織の融合が上手くできることが、接ぎ木できる理由だろう。
接ぎ木の接着イベントに着目すると、接ぎ木後3日目、分裂した細胞が接着してくる際、タバコ属植物が異科植物とつながる時に境界の細胞壁を溶かしてつながっていくことが分かった。

分子メカニズムを知るため、3日目によく働く遺伝子の中から接木が成立するときによく働くが、成立しないときには働かない遺伝子を選択、79遺伝子まで絞り、細胞壁の消化を助ける酵素たんぱく質の遺伝子、β‐1, 4-glucanase (GH9B3) を発見した。遺伝子の機能を調べるため、ノックダウン試験でこの遺伝子の働きを抑えると接ぎ木が上手くいかない。ノックアウト試験で遺伝子を破壊すると、接ぎ木が正常なものよりもうまくいかない。この結果から、β‐1, 4-glucanaseはタバコ異科接ぎ木の成立に重要であることが示唆された。タバコが優れた接ぎ木能力があることと異科接ぎ木の原理がわかった。

一般的な植物の接ぎ木についても調べると、この遺伝子はダイズ、朝顔、シロイヌナズナ、どの植物の同科接ぎ木の時にも働いており、大きなファミリーであるβ‐1, 4-glucanaseの中でもGH9B3というグループの遺伝子がどの植物でも重要な保存された遺伝子であることがわかった。タバコ以外でも重要であるということを示すためにシロイヌナズナで追証実験した。

この研究によって接木の接着の鍵となる因子が同定され、接木の第一ステップである接着の原理が解明されたという報告として、Scienceに掲載された。

100を超える報道がされ朝日新聞の科学の扉でも「接ぎ木マジックに迫る」という大々的に紹介され、
この研究で使用されたマイクロ接ぎ木法で使用した接ぎ木チップは「接ぎ木チップ　研究用」として、また農業用としても「接木カセット」を名大発ベンチャー「グランドグリーン株式会社」が販売している。

未来の持続可能な社会に向けて、今回の発見をストレス土壌で作物を育てることに応用する研究を続けている。陸上で最も繁殖しているキク科の根の上にタバコ属植物を挟んで、代表的な農作物であるトマトを接ぎ木してトマトを実らせることに成功している。まだ小さな実なので実用段階ではないが、研究重ねて実用できる技術にまでもっていきたい。また、接ぎ木技術を活用して、植物が本来持っている有用成分を栽培種の中に送り込むことで、高品質・美味しさ・薬効成分・ストレス耐性などの高付加価値の農産物生産に間接的に知識を活用していきたい。

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先生のご講演の後、「接木の現象は自然界の進化の原因になってきたのか」　「動物種においても類する現象の可能性があるのか、iPS細胞技術などに通じる点があるか」　「β-1, 4-glucanase をノックアウトしても接木が成立するとき、何が起こっているのか」など12件もの質問をいただいた。身近なテーマであったこともあるが、わかりやすい先生のご説明と、参加者の意識の高さを再認識した。

名古屋大学 野田口理孝先生

Science誌論文：https://science.sciencemag.org/content/369/6504/698

この回は、糖質科学の研究を支援されている「Glycoforum」様の協賛もいただきました。 2021 Vol.24 (1),A2糖鎖の加水分解酵素が植物をつなぐの記事もご覧ください。　https://www.glycoforum.gr.jp/article/24A2J.html