【三島海雲学術賞】（自然科学部門）

食の安定供給に対する化学的視点からの取り組み

萩原名古屋大学大学院理学研究科（現也准教授理化学研究所環境資源科学研究センター

分子生命制御研究チーム
はじめに伸チームリーダー）

ような異分野の研究者同士の出会いは、糸口すらなかっ

国連の予想によると、2050 年に世界人口は 96 億人にた難題に解決の道筋をつけることがある。本稿では、そ達し、これを支えるため我々は世界の農業生産量をれまで食糧問題どころか、植物に対する知識もほとんど50％以上増加させる必要がある。特に、人口増加率の高なかった私が多くの共同研究者と出会うことで生まれいアフリカ地域において農業生産を増加させることは、た、食の安定供給に対する新たな取り組みを紹介させて飢餓問題のみならず貧困問題の解決にも直結するため、いただく。

喫緊に取り組むべき課題と言える。一方、国内に目を向寄生植物ストライガに対する化学的アプローチ

けると、農業人口が年々減少しており、農業の効率化・アフリカでは、ストライガと呼ばれる寄生植物が猛威大規模化を可能にする革新的技術の開発に迫られていをふるっている。ストライガは、特殊な根を生やし、そる。
私は、分子を創る有機化学の視点からこうした課題にれを穀物の根に噛みつかせて養分や水分を奪う。特にト取り組んできた。その契機となったのは、2013 年に着ウモロコシやイネなどの主要穀物に寄生して収穫量を減任した名古屋大学トランスフォーマティブ生命分子研究

らし、時には辺り一帯の田畑を全滅させる。これによる所（ITbM）である。ITbM は、世界トップレベル研究

被害額は年間 1 兆円を超すと言われ、食糧問題のみなら拠点プログラムの支援のもと、世界を変えるような新しず、アフリカの貧困問題の解消を妨げる主な要因の一つい分子を生み出すことを目指して、化学や植物学など異と考えられている。
ストライガ問題への対策が難航している主な理由は、なる分野を専門とする研究者が集い、設立された。この

図1

アフリカの食糧生産を妨げるストライガ問題
1

萩

図2

原伸也

ストライガ問題に対する化学的視点からの取り組み独自に進化したストライガの生存戦略にある。ストライ素の一種であることに着目し、加水分解されると蛍光をガの種は小さく、風に舞いやすいため容易に拡散する。

発するストリゴラクトン様化合物を提案した。この化合

土壌に広まったストライガの種は、寄生先となる穀物物は、天然のストリゴラクトンと同様の生物活性をも（宿主植物）が近くに来るまで、長いときは数十年も土ち、さらに受容体の活性を蛍光により可視化することがの中で眠り続ける。通常の除草剤は、種の状態で眠ってできる。ストライガ研究にとって画期的なこの化合物

いるストライガに対してほとんど効果がない。また、寄は、合成した大学院生の吉村柾彦君にちなんで、「ヨシ生したストライガが穀物から養分を奪って成長し、地上ムラクトングリーン（YLG）」と名付けられ、東京化成に姿を表すころにはすでに手遅れの状態となっている。

工業から市販されている。
YLG は、ストライガ研究を一変させた。YLG でスト

このため、一度ストライガの種子に土壌が汚染されるとライガの種子を処理すると、発芽が誘導され、発芽した駆除が難しく、手の施しようがない。
ITbM 木下グループの土屋雄一朗准教授は、長年ストストライガの全てが蛍光を発していた。同様の蛍光が、ライガに関わってきた植物科学者である。ストライガ

精製した ShHTL を YLG で処理しても見られることかは、宿主植物の根から滲み出る物質「ストリゴラクトら、このタンパク質がストライガの発芽を誘導するストン」を感知して発芽する。このことから、土屋博士はスリゴラクトン受容体であることが示された。また、遺伝トリゴラクトンを感知するタンパク質「ストリゴラクト

子組換えのできないストライガでは、蛍光タンパク質をン受容体」がストライガに対する農薬開発の格好の標的用いたタンパク質の可視化が不可能であったが、YLGであると考えた。ストライガの遺伝子を調べたところ、を用いるとこれを簡便に実施できる。これにより、我々ある加水分解酵素の一種（ShHTL）が候補としてあがっはストリゴラクトン受容体が発芽過程のいつ・どこで機てきた。しかし、ストライガは実験室レベルで生育する能しているのかを突き止めた1）。さらに、YLG の蛍光をのが難しいため、植物学の常套手段を適用できず、この指標とした受容体結合分子の迅速探索システムを立ち上遺伝子の生体内での機能解明は難航していた。

げ2）、ストライガの発芽を制御する分子を発見すること

私が土屋博士と出会ったのは、ちょうどこの頃であができた。

る。ストライガの話を聞いた私は、受容体が加水分解酵2食の安定供給に対する化学的視点からの取り組み

植物ホルモンシグナルの精密制御の副作用を避けるためで、非常に手間のかかる作業であ植物は、自身の成長や環境への応答を植物ホルモンとる。一方、望んだ作用を選択的に誘起するオーキシン誘呼ばれる分子群によって制御している。その中でもオー導体を開発できれば、オーキシンの作用をより有効に利キシン（indole-3-acetic acid, IAA）は最も古くから研究用することが可能になる。こうした観点から、我々はされている植物ホルモンで、植物成長のほとんどの過程100 種類以上のオーキシン類縁体を合成したが、この取に関与している。オーキシンの作用を人工的に利用すれり組みは失敗に終わる。期待した活性をもつ化合物は 1

ば、植物の成長を自在に制御することが可能で、農作物つも得られなかった。

生産の様々な過程を効率化できる。実際に、オーキシン

再 び こ こ で、ITbM な ら で は の 研 究 展 開 が 起 こ る。

を花に処理すると果実形成が誘導されるため、合成オーITbM の鳥居啓子教授が我々の合成したオーキシン誘導

キシンはトマトの着果促進剤として用いられる。ただ体を見てつぶやいた、「これはもったいない。何か使えし、この際、手作業で花だけにオーキシンを噴霧する必ないかしら。」鳥居教授のアイディアはこうだ。オーキ

要がある。これは、他にも様々な効果をもつオーキシン

シンは、TIR1（TRANSPORT INHIBITOR

図3

凸凹法によるオーキシン効果の精密制御

図4

凸オーキシン–凹 TIR1 の植物における効果
3

萩原伸也

おわりにRESPONSE 1）という受容体タンパク質に結合することで生理作用を引き起こす。合成したオーキシン誘導体

有機化学の面白さの一つは、自身の設計した分子を合（凸オーキシン）の構造に合わせて受容体の構造も改変成し、その機能を実際に確かめられるところにある。こすれば、天然型のオーキシン− TIR1 ペアとは独立してうした学問が他の分野との出会うことで生まれる融合研はたらく人工のペアを作成できる（図 3a）。天然型の究は、今までにない機能をもった分子を生み出し、学術オーキシンを植物全体に処理するとほとんど副作用しか的な面白さのみならず、世界的な課題を解決する糸口と起こらないが（図 3b）、改変 TIR1（凹 TIR1）の発現場なる可能性をもっている。実際に、分野の壁を越えた所を制御すれば、合成した凸オーキシンを植物全体に噴我々の共同研究は、ストリゴラクトンの発見から 50 年霧しても、望みの場所でのみ作用させることができる以上にわたり未解明だった受容体の同定を可能にし、ス（図 3c）。

トライガの発芽を制御する分子を生み出した。この分子

このアイディアをもとに、私はすでに報告されているを活用するため、すでにアフリカ諸国や農薬企業を巻きTIR1 の構造から凹 TIR1 を設計した。オーキシン結合ポ込んだ国際的な取り組みが始まっている。

ケットのフェニルアラニン（F79）は、オーキシンのすま た、 凸 凹 オ ー キ シ ン−TIR1 の 実 用 化 を 見 据 え、ぐ近くに位置している（図 3a）。したがって、フェニル我々はより活性が強く、低濃度で効果を示す凸オーキシアラニンをグリシンに置換、すなわちベンゼンを取り除ンの開発を行っている。大学院生の山田遼太郎君は、凸いた受容体（凹 TIR1）と、ベンゼンを取り付けたオーオーキシンと凹 TIR1 の構造をさらに最適化することキシン（凸オーキシン）は、うまくフィットすると考えで、天然のオーキシンより 1 万倍低い濃度で効果を示すた。すでに合成したオーキシン類縁体のなかから、この組み合わせを発見した5）。これにより、大規模農業にお位置にベンゼンを導入したものを凸オーキシンの候補といても、オーキシンの作用を有効に活用できる可能性がしてあげた。その中で、凹 TIR1 にうまく結合するもの拓けた。また、山田君は凸凹法による他の植物ホルモンを探したところ、図 3 右上に示した化合物が最適であるの制御にも成功しており、より多岐にわたる植物の機能ことがわかった。

を自在にコントロールすることを可能にしている。

凹 TIR1 を発現する形質転換植物（シロイヌナズナ）

こうした我々の取り組みが将来実を結び、食の安定供の作製は、鳥居グループの打田直行准教授が行った。

給に少しでも貢献できれば幸いである。

オーキシンのもつ生理活性のひとつとして、根の伸長阻謝害が知られている。凸オーキシンは、野生型のシロイヌ

辞ナズナに対しては根の伸長阻害をほとんど起こさなかっ

この度は、栄誉ある三島海雲学術賞を授与いただき、たが、凹 TIR1 を発現させた形質転換植物に対しては天公益財団法人三島海雲記念財団のご関係者、選考委員の然オーキシンと同じレベルの伸長阻害を誘起した先生方に厚くお礼申し上げます。受賞対象となった研究（図 4）。この結果から、我々の凸凹ペアが植物内でも機成果は、名古屋大学トランスフォーマティブ生命分子研

能し、凸オーキシンは凹 TIR1 存在下でのみオーキシン究所（ITbM）において、多くの共同研究者と出会い、3）の効果を誘起することが示された 。現在、我々は凹

忌憚なく議論を交わす中で生まれたものです。このよう

TIR1 を花で発現する実用植物の作成を行っている。こな素晴らしい研究環境を与えていただいた ITbM 拠点長

れらの植物は、凸オーキシンを植物全体に噴霧しても望伊丹健一郎教授と共同研究者の皆様に深く感謝いたしま

みの効果を選択的に誘導することが可能で、農作業の効す。

率化や大規模農業への展開が期待される。また、この方文法はオーキシンの関わる生命現象を精密に解析するのにも有用で、多くの植物学者から共同研究の依頼を受けて

献1） Y. Tsuchiya, et al.:2） M. Yoshimura, et al.:2018.
3） N. Uchida, eta al.:4） M. Fendrych, et al.:
5） R. Yamada, et al.:

4）

いる 。

4, 349, 864–868, 2015.
, 4, 230–234,, 14, 299–307, 2018.
, 4, 453–459, 2018.
,食の安定供給に対する化学的視点からの取り組み

著者紹介
萩原伸也（ハギハラシンヤ）

1976 年
1998 年
2000 年
2003 年
2003 年
2003 年
2007 年2008 年2013 年
2016 年
2018 年

奈良県生まれ京都大学 工学部工業化学科卒
京都大学大学院 工学研究科修士課程修了
京都大学大学院 工学研究科博士課程修了
博士（工学）の学位取得（京都大学）
理化学研究所 博士研究員
ジュネーブ大学 博士研究員
東北大学 多元物質科学研究所 助教
名古屋大学 トランスフォーマティブ生命分子研究所 特任准教授
名古屋大学 理学研究科 准教授
理化学研究所 環境資源科学研究センター 分子生命制御研究チームチームリーダー、現在に至る
趣味：自転車5