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ダーウィン以来の謎、就眠運動の仕組みを解明 生物時計発見のルーツとなった生物現象

◆発表のポイント
・就眠運動はダーウィンの研究以来の130年の謎
・昨年度ノーベル生理学医学賞の対象となった生物時計(注1)は、植物の就眠運動の観察から見つかった
・就眠運動を引き起こす分子(イオンチャネル(注2))を初めて発見
・生物時計は、隣り合う細胞間で分子の発現を不均等に制御することで就眠運動を生み出す


 マメ科植物には、夜に葉を閉じ、朝には再び葉を開く就眠運動というユニークな現象が見られます。就眠運動に関する最古の記録は、紀元前アレキサンダー大王の時代に遡り、進化論のダーウィンが晩年、膨大な観察研究を行いました。昨年度ノーベル生理学医学賞の対象となった生物時計は、植物の就眠運動の観察から発見されました。しかし、就眠運動の分子機構は、現在まで全く不明であり、関連する分子すら見つかっていませんでした。東北大学大学院理学研究科(兼務 同大学院生命科学研究科)の上田実教授らは、就眠運動を引き起こす分子(イオンチャネル)を初めて発見し、それらが葉の上面側と下面側の細胞で不均等に発現することで、葉の動きが生まれることを明らかにしました。今回の成果は、生物時計によって生物の行動が制御される仕組みの解明に大きく貢献することが期待されます。本成果は米国科学誌「カレント・バイオロジー」に掲載されました。



図1. 就眠運動は紀元前から人類を魅了した

図2. 陰イオンチャネルSsSLAH1は、朝方に葉の下面側(flexor)の細胞だけで発現し、葉の上面側(extensor)の細胞では発現しない。このため、朝方に葉の下面側の細胞が収縮し、それに引っ張られるように葉が外側に倒れて開く。(作図:ウチダヒロコ)


(注1)生物時計

全ての生物に普遍的に存在する計時機構。各種の時計関連遺伝子が見つかっており、昨年度のノーベル生理学医学賞の受賞対象である。CCA1は、植物において、朝方に起こる各種の生理現象(気孔開口など)をコントロールする時計遺伝子である。SsCCA1とはSamanea saman(アメリカネムノキの学名)のCCA1の意。


(注2)イオンチャネル(カリウムチャネル、陰イオンチャネル)

細胞の膜中に分布し、細胞の内外へ各種イオンの輸送を行うタンパク質。カリウムを輸送するものをカリウムチャネル、塩化物イオンなどの陰イオンを輸送するものを陰イオンチャネルと呼ぶ。陰イオンチャネルによって塩化物イオンが、カリウムチャネルによってカリウムイオンが、細胞外へ輸送されることで、膨圧が変化して細胞が収縮する。


<詳しい研究内容について>
ダーウィン以来の謎、就眠運動の仕組みを解明 生物時計発見のルーツとなった生物現象


<本件お問い合わせ>
東北大学大学院理学研究科化学専攻
教授 上田 実
(電話番号)022-795-6553

東北大学大学院工学研究科バイオ工学専攻
教授 魚住 信之
(電話番号)022-795-7280

岡山大学大学院環境生命科学研究科(農)
教授 村田 芳行
(電話番号)086-251-8310