オルガネラゲノムの遺伝子組換え 環境に安全で「核ゲノム」利用よりも大きな効果

　オルガネラとは「細胞小器官」のこと。植物細胞には核のほか、光合成を担う葉緑体、呼吸によりエネルギーを作るミトコンドリア、タンパク質の修飾や分泌に関わるゴルジ体などさまざまな小器官が備わっています。オルガネラとはそうした特定の役割を果たすために分化している細胞内の小器官全体を指す言葉です。
　生命体の“いのちの設計図”とも言える遺伝子は本来核のDNAに含まれていますが、実はオルガネラのうち、ミトコンドリアと葉緑体には独自のDNAが存在し、それらにも遺伝子が含まれています。ミトコンドリアは動物植物共通で私たち人間のミトコンドリアも遺伝情報を持っていますが、葉緑体は光合成を行う植物だけのものです。
　核と違ってこうしたオルガネラに含まれる遺伝情報の特徴の第１は、雌を通じてしか子孫へ伝わらないこと。核が持つ遺伝情報の半分は雄からもたらされ、植物の場合は花粉となって飛散します。一方、オルガネラの遺伝情報は雌だけからもたらされるため環境へ飛散せず不要な「遺伝子拡散」を起こしにくくてコントロールが容易である利点があります。
　第2は、オルガネラの遺伝子はコピー数が多いため、導入遺伝子から作られる産物の大量発現が期待される点。葉緑体は1つの細胞に100個ほどあり、それぞれの葉緑体の中にDNA分子が100個ほどあるため、１つの細胞で約10,000のDNA分子があることになります。それだけ多くのDNA分子から作られる特定の機能を担ったタンパク質の量は膨大なものとなり、目的とする機能が発現しやすくなります。
　植物オルガネラゲノム研究センターでは、こうしたオルガネラゲノムの特性に着目、遺伝子組換えやゲノムの人為的再編によって、人類に有用な植物を作り出すことを最終目的として、葉緑体のゲノムを使った遺伝子組換えやミトコンドリアゲノムの解析（ミトコンドリアの構成に影響を及ぼす核の遺伝子の解析も含みます）などの実験を重ねています。

研究の意義と成果に高い評価 10年以上も国の支援事業に認定され続ける

　センター設置のきっかけとなったのは、文部科学省の「私立大学学術研究高度化推進事業」（平成12年度〜16年度）。その一環である「バイオベンチャー研究開発拠点整備事業」に、寺地徹教授らの「高等植物のオルガネラゲノム工学」の研究が採択されたことです。
　これによって、組換え植物を育てるのに必要な閉鎖系温室やDNAの解析に必要な最新の各種機器などが京都産業大学に導入され、研究のインフラが整いました。
　その後、よりアカデミックな私立大学学術研究高度化推進事業の中の「学術フロンティア推進事業」のプロジェクト募集があり、「高等植物のオルガネラゲノム工学」はそれにも採択されて、平成19年度まで研究が進められました。
　研究を担ったのは京都産業大学を中心に、京都府立大学、神戸大学、ハルピン師範大学などの大学、岩手県の研究機関である生物工学センター、さらには民間の植物工学研究所など産官学の研究者たちで、幅広い連携の元に研究が深められました。
　続いて、文部科学省が「私立大学戦略的研究基盤形成支援事業」を立ち上げた際、それまでの研究成果をさらに発展・応用するために再度応募、「オルガネラゲノムの研究成果を基盤とする有用植物の育成」として採択されました。平成20年度から24年度までのプロジェクトで、現在植物オルガネラゲノム研究センターで取り組んでいるテーマです。
　こうした国の支援事業は一度採択されたからといってその後も支援が続くものではなく、毎回、研究の意義とそれまでの成果が厳しくチェックされます。植物オルガネラゲノム研究センターが取り組んでいるのは、一貫して高い評価を受け、国の支援を受け続けてきた研究活動なのです。

植物、動物、薬学… 学科を超えて異分野研究者が結集

　植物オルガネラゲノム研究センターを構成している研究者は総合生命科学部の5名。プロジェクト代表者である生命資源環境学科の寺地徹教授のほか、同学科の山岸博教授、河邊昭准教授、生命システム学科の黒坂光教授、佐藤賢一教授。学科の壁を超えたさまざまな分野の専門家が結集しています。
　寺地教授と山岸博教授はずばり植物オルガネラゲノムの研究を長年進めてきた中心メンバー。河邊准教授は集団遺伝学が専門で、植物オルガネラゲノムの研究を進める際に、遺伝子配列の変異を特定したり、その変異と遺伝子機能や進化の関係を明らかにしたりなどのバックグラウンド情報の提供を主に担当しています。
　また、黒坂教授は薬学畑出身、佐藤教授は植物ではなく動物を対象とした研究が中心と、異分野の学者が混在しており、異分野からの知見が生かされていることも、植物オルガネラゲノム研究センターの特徴の一つです。
　例えば、黒坂教授の研究テーマは、ある機能を担ったタンパク質がいかにしてできるか、そのために大切なものは何か。この研究によって得られた知見が、オルガネラゲノム工学によって実際にタンパク質が作り出されたかどうか、作り出されたタンパク質は目的とする機能を持っているかどうかなどのチェックに役立っています。
　また、佐藤教授の主な研究分野は「細胞膜マイクロドメインを介したシグナル伝達機構」。細胞膜の振る舞いを明らかにする研究であり、研究手段こそ動物ですが、細胞膜やそこに含まれる膜タンパク質の振る舞いは植物にも共通するものがあるので、植物細胞を理解するために大いに役立っています。
　各研究者は随時情報を交換しながらシナジー効果を自らの研究にも生かしています。