Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)ISSN 2186-9936

Dec. 2015
第14巻 第2号

Journal of Japanese Society for Extremophiles

巻頭言 ………………………………………………………

42

研究最前線 …………………………………………………

44

MINI REVIEW ………………………………………………

46

学会記事 ……………………………………………………

89

学会誌投稿規定・執筆要領 ………………………………

95

会則・細則 …………………………………………………

97

運営体制 ……………………………………………………

100

41

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)

巻頭言

極限環境微生物と私

前極限環境生物学会副会長 名誉会員
北里大学海洋生命科学部 特任教授
工藤 俊章
応用微生物学の微生物採集（サンプリング）における大切な哲学があります。即ち、この地球上には色々な微生物が存在しており、“ある微生物が欲しいと思った時一生懸命探せば必ずその微生物をこの地球上に発見できる。”という哲学です。このことが日本のバイオテクノロジー研究発展の大きな原動力になってきました。2015 年のノーベル医学・生理学賞を受賞された大村智先生もあちこちサンプリングに行かれ、これまでに膨大な数の天然有機化合物を発見されております。その一つが、今回の受賞対象になったエバーメクチンという線虫に効く治療薬です。
エバーメクチンは 1974 年に大村先生が伊豆半島の“ゴルフ場の土壌”から採取した放線菌が生産する抗生物質です。
“ゴルフ場の土壌”というお話を聞いて大村先生にも“遊び心”があったのかなと思いました。大村先生には遠く及びませんが、私も新しい微生物を求めて日本国内だけでなく世界各地に微生物採取に出かけました。
理研時代(1975-2007)には pH10-11 の高い pH でよく生育する好アルカリ性細菌を日本各地の土壌から分離し研究を行ってきました。好アルカリ性セルラーゼ、アミラーゼ、キシラナーゼなどの菌体外酵素
遺伝子のクローニングや遺伝子配列の解析し酵素レ
ベルの好アルカリ性の解明を目指しました。初めて
精製酵素のアミノ酸配列と DNA 塩基配列が一致した時には“やった”と思ったことを今日でもはっき
り覚えております。

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また、これらの好アルカリ性菌がどのようにしてアルカリ環境に適応して生活しているかは不明でした。そこで私たちは、好アルカリ性バチルス C125
株(Bacillus halodurans)を好アルカリ性菌のモデル細菌として宿主—ベクター系を開発し、研究を進めました。本菌から多くのアルカリ感受性変異株を取得し解析した結果、マルチ遺伝子型 Na+/H+対向輸送体が重要な役割を果たしていることを世界で初めて明らかにしました。現在、本対向輸送体ホモログはゲノムの公開されている多くの細菌に見つかってきました。これらの細菌は地球上の各地に分布し、極地や深海などの極限環境、発酵工業、物質循環、環境浄化、動植物との共生/寄生（病原性）に関わる重要な因子として再発見されつつあると思います。
この間、中国タクラマカン砂漠の塩湖から中国砂漠研究所の研究者たちと一緒に好塩菌の採集をしたこともありました。シロアリ共生微生物（難培養性微生物）の研究では、日本国内だけでなくタイやオーストラリアの研究者たちと共同で熱帯林や草原に
サンプリングに行きました。オーストラリアでは草原におけるアリ塚の大きさに感動しました。タイの熱帯林の中でサソリやヒルに遭遇したことも今では良い思い出になっています。
長崎大学水産学部(2007-2013)では研究対象を海に広げ、色々な水産動物の腸内細菌（好アルカリ性菌、好塩性菌、冷凍耐性菌等）などの研究に従事しました。研究海域は、長崎沿岸、環東シナ海、有明海、
沖縄近海などです。私たちも乗船して試料採集しましたが、主に水産学部の先生がたが乗船、採集された色々な水産動物を分けていただいて研究材料として利用させていただきました。大型海棲動物、草食
性魚、フグ毒保有動物、底生動物、フナクイムシなど多種多様な海棲動物、魚介類を捌いて腸管を摘出し、細菌を分離、研究しました。冷凍スナメリの解剖では日本の各地から数十人の研究者、学生が集まり朝 9 時ごろから夕方６時ごろまでかけて解剖し、各臓器を各自の研究のため持ち帰る作業が行われていました。私たちは腸内容物が必要ですが、成熟個体腸管の長さは十数 m あるので、1m おきに試料を採集し、数百枚のプレートに試料を撒くのに夜遅くまでかかったこと、その臭いが強烈で居たたまれなかったことが強く印象に残っています。本冷凍試料から優先的に分離されてきた低温菌 Psychrobacter 属
細菌は冷凍耐性を持つと考えられました。また、釣Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)りの好きな学生さんは自分で研究目的の魚を釣ってきて、腸管は研究用に使用し、残った身は皆でお刺身にしてお昼に食べたことも楽しい思い出になっています。分離された菌株は合計 2,000 株を越えますが、海藻などから分離された好アルカリ性 CGTase
生産菌や上記冷凍耐性菌など約 40 株については理
研 JCM のナショナルバイオリソースプロジェクトによりドラフトゲノム解析を行っていただきました。
平均すると卒論生一人の研究に 1〜2 個のドラフト
ゲノムが行われる時代になってきたと感無量な気持
ちになりました。また、会社に菌株を提供して色々調べていただいた好塩性ハロモナス細菌から新規な性質を持つα－グルコシダーゼが発見され、論文や特許として発表出来たことも思い出になっております。
当学会名誉会長掘越弘毅先生に導かれて始まった、
極限環境微生物との付き合いも 40 年経ってしまいました。昨年より思いがけなく北里大学海洋生命科
学部の KAUST プロジェクトに参加させていただき、現在同大学三陸臨海教育研究センター（岩手県大船渡市）で研究に従事させていただいております。研究海域は岩手県の大船渡湾です。海水試料を採取し、メタゲノムデータの解析を進めております。極限環
境微生物と思われる菌(好冷菌)も検出され、更に研究を進めております。
以上の研究は多くの方々のご支援と共同研究により遂行できたものであり心から御礼申し上げます。
謝辞 本学会名誉会員に御推挙頂き心から御礼申し上げます。これも本学会名誉会長掘越弘毅先生、本学会会長大島泰郎先生をはじめとする本学会会員の先生がたのご支援の賜物であり心から御礼申し上げます。また、色々お世話になりました幹事会、事務局の皆様に心から御礼申し上げます。有り難うございました。

北里大学三陸キャンパスから望む海岸線
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Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)

研究最前線

東洋大学

生命科学部

応用生物科学科

極限生命材料工学研究室

東端啓貴

を解析し学位論文をまとめました。
アーキアのゲノム情報が蓄積されてくるにつれて、アーキアの特異性、真核生物や細菌との類似性などが明らかになってきました。アーキアのセントラル
ドグマに関係する遺伝子・タンパク質は、真核生物のものと類似性が高く、且つ真核生物のシステムをより単純化したものであり、ヒストンに関する研究を行っていたこともあって非常に興味を覚えました。
2006 年に東洋大学生命科学部に講師として着任
し、研究室をスタートさせました。インテインの機能解析に再挑戦しています。T. kodakarensis の遺伝子操作系が確立され、超好熱菌の研究に新たなアプロ
ーチが加わりました（研究競争はさらに激しくなってきていますが）。私の研究室では、T. kodakarensisの遺伝子操作系を分譲していただき、この系を利用して研究を進めています。T. kodakarensis には 15 個のインテインが存在することがゲノム情報から明らかになっています。インテインのホストとなっている遺伝子には、セントラルドグマに関わる重要なものが多く含まれます。インテインの生理的な役割を

ぐつぐつ煮立った熱い環境を好む微生物がいる、ということ知ったのは、学部生の頃だったと思います。
「おもしろそうだな」と軽い気持ちでこの世界に飛び込みました。今中忠行先生（当時、大阪大学工学部）に師事し、卒業研究として「超好熱始原菌
Pyrococcus sp. KOD1 株由来 DNA ポリメラーゼのイ
ンテインの解析」を選びました。インテインとは、タンパク質に翻訳された後、自己触媒的に除かれる
介在配列のことです。ファミリーB 型の DNA ポリ
メラーゼ遺伝子（polB）には、2 つのインテインが存在します。そのうちの 1 つを大腸菌内で発現・精製し、N 末端アミノ酸配列を決定することでスプラ
イシング部位を決定するというものでした。インテインには、ヌクレアーゼドメインを持つものが多く、実際、このインテインはエンドヌクレアーゼ活性を持ち、大腸菌内での発現・精製に大変苦労したのを覚えています。食事を忘れるほど研究に没頭しました。Thermococcus kodakarensis（当時は、Pyrococcus sp.
KOD1 株）から 2 つのヒストン遺伝子をスクリーニ
ングし、高温環境下、それらによる DNA の安定化

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Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)した染色体 DNA には、ホスト株よりも高頻度に鎖切断が起こっていることを明らかにしています。その他、筆者の研究室では、アーキアの tRNA に特異的に見られる修飾塩基 archaeosine の生合成関連遺伝
子破壊株の解析や、超好熱菌に特異的に存在するリ
バーズジャイレースの解析などを進めています。前者は tRNA の安定化、後者は染色体 DNA の安定化に関与すると考えられています。核酸の高温環境での安定化・耐熱化機構の解明を進めて、超好熱菌はなぜ「超好熱性なのか」の答えに迫っていきたいと考えています。
最後に、T. kodakarensis に関する研究を行うにあたり、今中忠行先生（立命館大）、藤原伸介先生（関西学院大）、高木昌宏先生（北陸先端科学技術大学院大）、
森川正章先生（北海道大学）、跡見晴幸先生（京都大学）、金井 保先生（京都大学）に大変お世話になりました。この場をお借りして御礼申し上げます。

明らかにしようとインテインをゲノム上のホスト遺伝子から除去し、表現型を解析しています。この研究の過程で、polB 遺伝子が細胞の増殖に必須ではないことを見つけました（論文は先を越されてしまい
ましたが）。polB 遺伝子には、2 つのインテインが存在することを前述しましたが、その 1 つを除去した株について解析を進めたところ、インテイン領域のさらに外側の、DNA 合成に必要な領域が欠失していることがわかりました。現在、polB 遺伝子破壊株の解析を進めており、種々の DNA 損傷ストレス（γ線、UV、マイトマイシン C、メタンスルホン酸メチル）に対して、ホスト株よりも高い感受性を示すことを突き止めています。また、DNA は熱によっても損傷を受け、高温環境下においては、DNA 鎖は最終的に分解されてしまいます。polB 遺伝子破壊株の熱処理（105℃、10〜20 分）に対する感受性が増大していること、熱処理後の polB 遺伝子破壊株から抽出

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Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)MINI REVIEWJournal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14, 46-53

Izawa S

Yeast mRNA flux in the response to fermentation-related stress
エタノールおよび発酵関連ストレス下における酵母の mRNA flux
京都工芸繊維大学大学院

工芸科学研究科

応用生物学系
井沢真吾

Division of Applied Biology, Graduate School of Science and Technology, Kyoto Institute of Technology, Matsugasaki,
Kyoto 606-8585, Japan
Corresponding Author: Shingo Izawa, thioredoxin@kit.ac.Jp
Phone: +81-75-724-7764, Fax: +81-75-724-7764
Received: Nov. 15, 2015 / Accepted: Dec. 16, 2015
Abstract The expression of yeast genes under stressed
conditions should be understood as a series of steps(mRNA flux) that include the processing, transport,
translation, and degradation of mRNA, as well astranscriptional regulation. Recent studies demonstrated
the unique phenomena of mRNA flux under ethanol
stress conditions or during brewing. Under severe
ethanol stress conditions, the transport of non-essential
mRNAs from the nucleus to the cytoplasm is suppressed
whereas limited kinds of mRNAs are preferentiallytransported in yeast cells. Not all mRNAs are translated
following their cytoplasmic transport; the expression ofsome mRNAs is regulated by processes such astranslational repression or degradation in the cytoplasm,
and is dependent on the conditions present. Under severe
ethanol stress conditions, cytoplasmic mRNP granules
such as processing bodies and stress granules are formed
with untranslated mRNAs and various proteins including
mRNA-degrading enzymes or translation factors. The
author and his colleagues recently found that EXP7 and
VEP mRNAs can be preferentially translated in thepresence of high-concentration ethanol and vanillin,
respectively. They also found that EXP7 and VAP
promoters are stress-inducible and enables effective
protein synthesis even under severe stress conditions.
These promoters may be useful for the improvement ofstress-tolerance and biofuel production efficiency via

modification of yeast gene expression in the presence ofhigh concentrations of ethanol or vanillin.
Keyword: mRNA flux, selective export of mRNA,
P-bodies, stress granules, fermentation-related stress
キーワード: mRNA フラックス, 選択的 mRNA 核外輸送, P ボディ, ストレス顆粒, 発酵関連ストレス
はじめに酵母や麹菌などの真核微生物は、転写の場（核）と翻訳の場（細胞質）が核膜によって隔てられているため、乳酸菌や大腸菌などの原核微生物とは異なる
遺伝子発現制御が行われる。真核微生物の場合、核内で合成された mRNA は Cap 構造やポリ A 鎖の付加、スプライシング、核外輸送因子との複合体形成
といった核内のプロセシングを経てようやく核外へと輸送される。さらに、ある種のストレス条件下では mRNA の核外輸送も選択的に行われる。不要不急の mRNA は核内に留め、ストレス条件下で緊急性・必要度の高い mRNA を優先的に細胞質へと輸送することで、効率的な遺伝子発現が可能になると考えられている。また、細胞質においても mRNA の翻訳が抑制され、特定の mRNA が優先的に翻訳されることも近年明らかになってきた。これらの事実は、転写段階での制御に加え、mRNA の核外輸送段階や細胞質での翻訳・分解段階でも遺伝子発現が精緻に制御されていることを示唆している。

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Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)出芽酵母 Saccharomyces cerevisiae にとって清酒やワインなどの酒類醸造過程は、自身が作り出すエタ
ノールの濃度上昇によって引き起こされるエタノー
ルストレスだけでなく、窒素源の枯渇や低温、低酸素、低 pH、高糖度などの様々なストレスが待ち受けるかなり過酷な環境である。一方、廃材や稲藁などをはじめとする木質・草本系バイオマス（リグノセ
ルロース系バイオマス）から生産される第二世代バ
イオエタノールは、食糧資源と競合せず未利用資源の有効活用が可能であることから、今後の規模拡大が期待されている再生可能な石油代替エネルギーである。バイオマスの糖化前処理過程ではバニリンやフラン化合物、酢酸などが副産物として生じてしまう。発酵槽の中ではこれらが酵母の生育や発酵能を著しく抑制・阻害するため、バイオエタノールの生産環境も酵母にとっては快適とは言い難い環境である。いずれにしても、人間のために働かされている（？）酵母は、様々なストレスが複合的に作用する
劣悪な環境でなんとか生き延びようとしているわけである。筆者の研究室では、発酵・醸造関連ストレスに対する酵母の応答機構について、転写から分解に至る mRNA の flux に着目して解析を行っている。
本稿では、発酵関連ストレスに対する mRNA flux 関
連のストレス応答について解説する。

flux）が通常とは異なることもあるため、単純にmRNA レベルの増減だけに目を奪われてストレス応
答時の遺伝子発現を論じると、誤った理解や解釈を導いてしまう危険性が指摘されている 7)。とりわけシビアなストレスへの応答の際には、転写から分解に至る一連の流れを俯瞰する視点が必要である。
S. cerevisiae の mRNA 核外輸送は、核外輸送担体
Mex67/Mtr2 と mRNA が複合体 mRNP (messenger
ribonucleo protein) を形成して行われる 19)。mRNA と
Mex67/Mtr2 の結合にはアダプターとして Sub2 が必要であり、さらに Ref (RNA and export factor binding
proteins)ファミリーに属する Yra1 や RNA 結合タン
パク質である Npl3、Pab1、Nab2 なども必要である。
また、Mlp1 をはじめ核膜孔複合体(NPC)タンパク質など数多くの因子が核外輸送に関与している 5)。
通常、核内で合成されたmRNAはプロセシングを経て成熟化した後に、核膜孔を通じて翻訳の場である細胞質へと運ばれる。ところが、42˚Cなどのヒートショックストレス条件下ではmRNAの核外輸送が抑制され、大部分のmRNAが核内に滞留してしまう
20)。Fluorescence in situ hybridization (FISH)法によりmRNAの細胞内局在を観察すると、ヒートショック
ストレス条件下では核外輸送がブロックされて核内にbulkのpoly(A)+ mRNAが蓄積していることが確認できる10)。一方、Hsp70やHsp42をコードするSSA4や
HSP42のmRNAは、非ストレス条件下ではほとんど合成されていないため蛍光シグナルが検出されないが、ヒートショックストレス条件下では核内に蓄積せず細胞質側へとスムーズに輸送されていることが確認された14)。とりあえず不要不急のmRNAは輸送
せずに核内に留め、核外輸送経路や翻訳装置をHSP
mRNAに優先的にまわすことで、緊急性の高いHSPの効率的な合成をはかっていると解釈することができる。
ヒートショックストレス条件下におけるmRNAの選択的核外輸送機構については、以下のことが明らかにされている。MAP キナーゼの一種Slt2によるNab2のリン酸化が、Nab2やYra1などの核質内での凝集を引き起こす 4) 。その結果、Mex67/Mtr2とbulkpoly(A)+ mRNA (non-HSP mRNA) で 形 成 さ れ る
mRNPはNPCにアクセスできなくなり、核外輸送されず核内に蓄積するようになる。逆に、slt2∆株ではヒートショックストレス条件下でのbulk poly(A)+mRNAの核内蓄積が起こらなくなる。ヒートショッ
クストレス条件下でのHSP mRNAの核外輸送にはヌ
クレオポリンの一種Rip1 (Nup42)が必要であり、
rip1∆遺伝子破壊株ではHSP mRNAの核外輸送が阻

1. mRNA の選択的核外輸送
ヒートショックストレス応答時の選択的 mRNA 核
外輸送
酵母細胞がストレスにさらされると転写パターン
が大きく変化し、Msn2/Msn4 や Hsf1 などのストレス応答性転写因子のはたらきによってヒートショック
プロテイン(HSP)などのストレスタンパク質をコードする遺伝子の転写が活性化される。ストレス応答
時の転写制御に関しては、これまでに膨大な数の研究成果が報告されており、酵母のストレス応答機構の研究は転写段階を中心に行われてきたと言っても過言ではない。しかし、真核細胞では転写から翻訳に至る間に複数のステップが存在することから、転写レベルの変化が必ずしも遺伝子発現の変化に直結
するとは限らない。mRNA のプロセシングや核外輸送、翻訳などの過程で何らかの抑制やトラブルがス
トレスによって引き起こされると、転写活性化による mRNA レベルの上昇がタンパク質レベルには反映されなくなってしまうわけである。ストレス条件
下では転写から翻訳・分解に至る一連の流れ（mRNA47

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)

害されてしまう21)。Rip1はNPCの細胞質側に局在し、mRNA核外輸送の最終段階で選択的な輸送の制御に関与していると考えられている。これらの因子が選択的なmRNA核外輸送に関与していることは明白であるが、HSP mRNAとそれ以外のmRNAを区別する
メカニズムなど、依然として不明な点が多く残されている。
エタノールストレス下での mRNA 核外輸送
mRNA の選択的な核外輸送はエタノールストレスによっても引き起こされる。対数増殖期の酵母細胞を6% (v/v)以上のエタノールストレスで処理するとbulk poly(A)+ mRNA の核蓄積が始まり、9%以上で核内に大部分の mRNA が滞留してしまう 11, 12, 22)。また、核内に蓄積した mRNA は、エタノール濃度を 6%以下に薄めることによって速やかに核外へと輸送されるようになる。
エタノールストレスとヒートショックストレスの両者ともに bulk poly(A)+ mRNA の核外輸送を抑制するが、そのメカニズムは必ずしも同じではない。最も大きな違いは、DEAD-box タイプの RNA ヘリケ
ース Dbp5 の挙動に認められる 22)。核膜孔から細胞質側に mRNA をリリースする上で非常に重要な働きをする Dbp5 は 6)、エタノール濃度依存的かつ可逆
的にその局在が変化し、6%以上のエタノール存在下
で徐々に核内に蓄積して機能しなくなる。一方、ヒートショックストレス条件下では局在の変化が起こらない。Dbp5 がヒートショックストレスに応答しな
いということは、mRNA の核外輸送経路に与える
Dbp5 の影響が両ストレス条件下で異なることを意味している。また、エタノール特異的に応答する
Dbp5 は、bulk poly(A)+ mRNA の核外輸送においてエタノール応答性の制御因子として機能していると見なすことができるのかもしれない。
ヒートショックストレスとエタノールストレスでは、HSP mRNA の輸送に関しても大きな違いが存在する。エタノールストレスによって転写因子 Msn2や Msn4 が活性化され、HSP 遺伝子の mRNA レベルは著しく上昇する。しかし、HSP mRNA が優先的に核外輸送されるわけではなく、エタノールストレス
条件下では核内の一部に局所的に留まってしまう 14)。
せっかく HSP mRNA の合成を活性化したにもかかわらず、bulk poly(A)+ mRNA 同様に核内に留まってしまうとなるとなんだか骨折り損のようにも見えるが、エタノールストレスへの適応後やストレス除去
時に速やかに核外輸送・翻訳されるために待機した状態にあると解釈することが可能である。仮に本当

48に骨折り損の無駄な転写活性化だとしても、転写段階の制御で対処しきれなかった「間違ったストレス応答」が mRNA の輸送段階で修正され、適切な遺伝子発現として制御されていると考えることができるかもしれない。いずれにせよ、転写・輸送・翻訳という複数のステップで真核生物の遺伝子発現が制御されるという事実は、個々の制御が唯一絶対的な制御機構ではないことを意味しており、状況変化に細やかに即応するために複数の調節機構が備えられていると解釈すべきなのだろう。
エタノールストレス条件下で HSP mRNA が核内に留まるメカニズムに関しては、mRNA 3’末端のpolyA 鎖が過剰に伸長する hyper adenylation との関連が指摘されている 14) 。エタノール濃度に応じてHSP mRNA の polyA 鎖長が可逆的かつ速やかに変化し、高濃度エタノールストレス条件下では異常に長い polyA 鎖をもつようになる。このような hyper
adenylated HSP mRNA は核内に留まってしまうのに対し、熱ショック条件下では HSP mRNA の polyA
鎖は正常な長さを持っていて優先的に核外輸送されている。mRNA の hyper adenylation が核外輸送抑制の原因なのか、それとも輸送されない結果生じた現象なのかはまだ不明である。しかしこれらの事実は、
核外輸送段階だけでなく核内での mRNA プロセシ
ングのステップにもストレスに応答した制御機構が存在することを強く示唆している。

2. 細胞質側での遺伝子発現制御
グルコース枯渇条件下における選択的翻訳と細胞質 mRNP granules の形成
遺伝子発現はストレスによる影響を受け、核内だけでなく細胞質での翻訳や分解のステップでも制御されることがある。翻訳活性を反映するポリソームの形成状況は、リボソームプロファイリングで解析することが可能である 8)。栄養枯渇ストレスの一種であるグルコース枯渇下でも翻訳の抑制が引き起こされ、ポリソームの減少と 80S モノソームの増加が観察される 17)。これは、40S 小サブユニットと 60S 大
サブユニットが mRNA に結合して翻訳開始複合体
である 80S モノソームは形成されるものの、翻訳伸
長反応が進行していないことを示している(図１)。
さらに、翻訳されている mRNA が減少して非翻訳状
態の mRNA が増加したことも意味している。

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)図 1. 各種ストレスで処理した酵母細胞のリボソームプロファイリング
グルコース枯渇条件下や高濃度エタノールストレス条件下では、翻訳開始が抑制され、ポリソームフラクシ
ョンのピークが減少し 80S モノソームのピークが上昇する。
このような翻訳抑制時には、翻訳されなくなった
多くの mRNA がリボソームから解離し、細胞質内でprocessing body (P-body)や stress granule (SG)と呼ばれる mRNP granule を形成する 2)。P-body や SG は非翻訳状態の mRNA と種々の mRNA 結合タンパク質で構成されており、生体膜を持たない構造体である。
P-body や SG を構成する mRNA 結合タンパク質は一部共通するものの、両者で大きく異なっている。
P-body と SG はストレス条件下での mRNA の隔離や翻訳制御に重要な役割を担っていると考えられている。非ストレス条件下で翻訳されていた mRNA が
P-body や SG に隔離されることによって翻訳装置に空きができ、ストレス条件下で緊急性を 要する
mRNA の翻訳が優先的・効率的に行えるようになると考えられている。
動物細胞の場合には、非翻訳状態の mRNA がまず
SG を形成するのに対し、グルコース枯渇下の酵母細胞の場合はまず P-body の形成が活発になり、そのの
ち SG の形成が誘導される 3, 16)。未解明な部分がまだ多いが、酵母の SG は先に作られた P-body を足場として形成され、非翻訳状態の mRNA が P-body を経て SG に移ると考えられている。このような形成
順序の違いは、リボソームから解離した mRNA の運命を決定する「トリアージ」の場が動物と酵母で異なることを示唆している。ストレスによって翻訳されなくなった mRNA を分解してしまうのか、一時的に保管するのか、それとも再度リボソームに戻して翻訳するのかといった mRNA の今後の行く末を決定する場が、酵母の場合は SG ではなく P-body だと考えられている。興味深いことに、動物細胞に比べて酵母の SG は形成を誘導する条件が限定されており、この点も動物と酵母で SG の生理的役割が少し異なることを示唆している。

エ タ ノ ー ル ス ト レ ス に よ る 翻 訳 抑 制 と mRNP
granule 形成の誘導
酵母自身がアルコール発酵によって生成するエタノールは、日本酒やワインなどの醸造過程終盤で高い濃度に達する。実験室条件下では、5-6% (v/v)のエタ
ノールストレスで翻訳活性が抑制され始め、10% エ
タノールストレス下では著しく翻訳活性が低下してしまう 9, 23)。また、P-body は 6％以上のエタノール
ストレスによって形成が活発になり、濃度の上昇に伴って P-body のサイズや数が増加する傾向を示す
13)。一方、SG の形成はエタノール濃度が 10％以上になってはじめて誘導されるようになる 15)。エタノ
ールストレスの場合もグルコース枯渇時と同様に、
P-body が形成されている場所のすぐ近くに SG が形成された。また、同じ濃度のエタノールストレスの場合、P-body よりも後に SG は形成される。酵母のSG の形成は P-body の場合よりも一層深刻な翻訳抑制が引き起こす高いエタノール濃度と長い誘導時間が必要であり、かつ P-body を足場にして形成されると考えられる 15)。
P-body や SG は、エタノールを取り除くことにより速やかに消失する。一方、ポリソームの形成が非ストレス条件下レベルにまで回復するにはやや時間がかかり、P-body・SG の消失よりも 30〜40 分程度
遅れる 15, 23)。ストレスが解除されると、P-body とSG に隔離されていた mRNA は再び翻訳装置へと送り返され、速やかな翻訳再開を実現すると考えられている。転写段階から再度合成し直すよりも隔離していた mRNA を利用した方が、経済的で速やかに翻訳を再開できると見積もられている。そのため、エタノールストレス下で SG を形成できない pbp1∆や
tif4632∆株などでは、エタノール除去後の増殖再開に

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Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)大幅な遅延が生じてしまう 15)。ただし、mRNP granuleから翻訳に再利用される mRNA はごく一部に限られているという報告もあり 1)、どのような mRNA がどこにどれだけ隔離され、そのうちどの程度が再利用されるのかはまだよくわかっていない。

ほとんど検出されなかったが、8-10% エタノールでのストレス処理によって顕著な上昇が認められた。
この結果は、大部分の mRNA の核外輸送や翻訳が抑制されてしまう高濃度エタノールストレス下でも、EXP7 mRNA は例外的・優先的に輸送・翻訳されることを示していた。現時点で Exp7 の生理機能はよくわかっておらず、エタノールストレスとの関連も全く不明であるが、高濃度エタノールストレス下でわざわざ翻訳されることから、エタノール耐性獲得の上で何か重要な役割を担っているのではないかと考えている。
同様のアプローチで、高濃度バニリンストレス存在下でも優先的に翻訳される mRNA を複数同定している(VEP mRNAs)。VEP1 である ADH7 は ADH6とともに NADPH 依存型の中鎖アルコール脱水素酵
素をコードしており、両者は配列が非常によく似たパラログである。ADH6 が構成的に発現し、その欠損株(adh6∆)が低濃度のバニリンに対し感受性を示すのに対し、ADH7 の発現は低濃度バニリン存在下では認められなかった。高濃度バニリン存在下での両遺伝子の発現を解析したところ、両者とも転写レベルは著しく上昇したが、Adh6 のタンパク質レベルは増加せず、時間とともに減少してしまった。これは、バニリンによる翻訳阻害のために ADH6 mRNAが翻訳されなかったためだと考えられた。一方のADH7 は、タンパク質レベルも上昇し、翻訳が著しく抑制されてしまう 10-15 mM のバニリン存在下でもスムーズにタンパク質合成が行われた 18)。これらの結果から、バニリンによって引き起こされる翻訳抑制条件下でも ADH7 の mRNA は優先的に翻訳されることが明らかとなった。

混合ストレスの影響
実際の醸造過程では通常複数種のストレスが共存している。そこで、複数のストレスが共存する際に、翻訳活性や P-body・SG 形成がどのような影響を受けるのかを検討した。5％エタノールストレスと比較的マイルドなヒートショック(37˚C)は、それぞれ単
独では SG の形成を誘導せず、翻訳活性の低下もわずかでしかない 23)。しかし、酵母細胞を両ストレス
で同時に処理すると、SG の形成が誘導され翻訳活性も著しく低下した。この結果は、単独では翻訳活性に影響を与えないような軽微なストレス種でも、他のストレスと共存すると深刻な翻訳抑制を引き起こすことがあり得ることを示している。また、発酵阻
害物質であるバニリンやフルフラールも、それぞれ単独・低濃度では影響がほとんどないにもかかわらず、低濃度エタノールなどと共存することによって深刻な翻訳阻害を引き起こした 9)。これらの結果か
ら、様々なストレスが共存する実際の醸造過程では、容易に翻訳が抑制され SG の形成も誘導されやすい状況だと考えられた。
ストレス条件下で優先的に翻訳される mRNA
10%の高濃度エタノールストレス条件下やバニリンなどの発酵阻害物質存在下では翻訳がほとんど阻害
されてしまうが、細胞が死滅するわけではなく、わずかながらポリソームの形成が認められることから
一部の mRNA は選択的・優先的に翻訳されていると考えられた。そこで、高濃度エタノールストレス下でもポリソームを形成する mRNA の同定を試みた。
リボソームプロファイリングを行い、ポリソームのフラクションに含まれる mRNA を回収して解析したところ、非ストレス条件下のポリソームにはほとんど含まれないものの、高濃度エタノールストレス
下のポリソーム中に占める割合が著しく上昇した
mRNA が 27 種類同定された (EXP1-27)。これまでにEXP1-7 について、その転写レベルおよび翻訳産物レベルについて qRT-PCR や Western blot 解析等で慎重に検討を行ったところ、いずれの遺伝子も 10%エタ
ノールストレスに応答して転写が活性化 され、mRNA レベルの顕著な上昇が確認された。また、
Exp7 のタンパク質レベルは非ストレス条件下では優先的翻訳とプロモーター領域
近年、翻訳を強く抑制するグルコース枯渇条件下での優先的な発現に、プロモーター領域が重要な役割を担うことが報告された 24)。Msn2/Msn4 や Hsf1 な
どのストレス応答性の転写因子によって、グルコー
ス枯渇条件下でも様々な遺伝子の転写が活性化されるが、そのうち Hsf1 の認識配列である heat shockelement (HSE)をプロモーター領域に持つ遺伝子のmRNA だけが優先的に翻訳された 24)。しかし、HSEを も 持 た な い 遺 伝 子 の mRNA は 合 成 さ れ て もP-body や SG に運ばれてしまった(図 2)。また、HSE
を含むプロモーターを利用することで、任意の遺伝子の発現をグルコース枯渇条件下で誘導することが可能であった。

50

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)図 2. 翻訳が抑制されるグルコース枯渇条件下での優先的な mRNA の翻訳
mRNA の細胞質側での運命はプロモーターによって左右され、HSE を持つ遺伝子の mRNA はグルコース枯渇
条件下でも翻訳される。一方、STRE (stress response element)を持つ遺伝子は Msn2/Msn4 によって転写活性化
されても、P-body や SG に mRNA が運ばれて翻訳されない (Zid and O’Shea. 2014. Nature 514:117-121)。
そこで、高濃度のエタノールやバニリン存在下での優先的な翻訳が、EXP7 や ADH7 のプロモーター
によって誘導できるのか検討を行った。EXP7 プロ
モーターの下流に任意の遺伝子の翻訳領域を連結す
ると、非ストレス条件下ではほとんど発現しなかっ
たが、高濃度エタノールによって転写の活性化とタンパク質の合成が誘導され、優先的な翻訳が確認された。また、核外輸送のステップも抑制されなかった。
同様に、ADH7 のプロモーター制御下で他の遺伝子を発現させると、非ストレス条件下や低濃度のバ
ニリン存在下ではタンパク質の合成が認められないが、高濃度バニリン存在下では転写の活性化とそれに対応したスムーズな翻訳が認められた。これらの結果は、ADH7 プロモーターを用いた遺伝子発現系が高濃度バニリンによる翻訳抑制条件下でも機能することを示している 18)。
以上の結果は、グルコース枯渇条件下に限らず高濃度エタノールやバニリン存在下における優先的な翻訳も、プロモーター領域の塩基配列に左右される可能性を強く示唆している。詳細な機構はまだよくわかっていないが、5’-非翻訳領域よりも上流の配列が重要であることから、転写段階にリクルートされる mRNA 結合タンパク質がストレス条件下での翻訳効率を決定づけているのかもしれない。一方、応用面での EXP7 や ADH7 のプロモーターの活用は有望である。アルコール発酵能や発酵阻害物質の解毒に関与する遺伝子の発現を、両プロモーターを利用して実際の醸造過程で強化できれば、バイオエタノールの製造効率が飛躍的に改善されると期待されている。
おわりに酵母のストレス応答では、転写段階以外にも mRNAの輸送段階や細胞質側できめ細やかな遺伝子発現制御が行われていることを本稿では紹介した(図 3)。ス
トレス下では、遺伝子のコピー数や転写量を増やす
だけでは必ずしも期待通りに発現してくれないことが往往にして起こりうるわけである。翻訳段階のス
トレス応答機構については、まだまだ情報が不足しているのが現状である。複数のストレスが混在する
実際の醸造過程では、一層複雑な応答が誘導されると想像される。実際の醸造過程での解析を含めて、さらなる研究の進展を強く期待したい。
51

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)図 3. 各種ストレス下での酵母細胞内 mRNA flux
転写から mRNA の分解に至る様々ステップで遺伝子発現は制御される。
引用文献
1) Arribere J.A., Doudna J. A., and Gilbert W. V. 2011.
Reconsidering movement of eukaryotic mRNAs
between polysomes and P bodies. Mol. Cell
44:745-758.
2) Balagopal V., and Parker R. 2009. Polysomes, Pbodies and stress granules: states and fates of
eukaryotic mRNAs. Curr. Opin. Cell Biol.
21:403-408.
3) Buchan J.R., Muhlrad D., and Parker R. 2006. P
bodies promote stress granule assembly in
Saccharomyces
cerevisiae.
J.
Cell
Biol.
183:441-455.
4) Carmody S.R., Tran E.J., Apponi L.H., Corbett A.H.,
and Wente S.R. 2010. The mitogen-activated protein
kinase Slt2 regulates nuclear retention of non-heatshock mRNAs during heat shock-induced stress.
Mol. Cell. Biol. 30:5168-5179.

5) Cole C. N., and Scaecelli J. J. 2006. Transport ofmessenger RNA from the nucleus to the cytoplasm.
Curr. Opin. Cell Biol. 18:299-306.
6) Folkmann A. W., Noble K. N., Cole C. N., andWente S. R. 2011. Dbp5, Gle1-IP6 and Nup159: aworking model for mRNP export. Nucleus
2:540-548.
7) Gygi S. P., Rochon Y., Franza B.R., and Aebersold
R. 1999. Correlation between protein and mRNA
abundance in yeast. Mol. Cell. Biol. 19:1720-1730.
8) Inada T., and Aiba H. 2005. Translation of aberrant
mRNAs lacking a termination codon or with ashortened 3’-UTR is repressed after initiation inyeast. EMBO J. 24: 1584-1595.
9) Iwaki A., Kawai T., Yamamoto Y., and Izawa S.
2013. Biomass conversion inhibitors, furfural and
5-hydroxymethylfurfural, induce the formation of52

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)mRNP granules and attenuate translation activity inyeast. Appl. Environ. Microbiol. 446:225-233.
10) Izawa S., Takemura R., and Inoue Y. 2004. Gle2p isessential to induce adaptation of the export of bulkpoly(A)+ mRNA to heat shock in Saccharomyces
cerevisiae. J. Biol. Chem. 279:35469-35478.
11) Izawa S., Takemura R., Miki T., and Inoue Y. 2005.
Characterization of the export of bulk poly (A)+mRNA in Saccharomyces cerevisiae duringwine-making process. Appl. Environ. Microbiol.
71:2179-2182.
12) Izawa S., Takemura R., Ikeda K., Fukuda K., Wakai
Y., and Inoue Y. 2005. Characterization of Rat8
localization and mRNA export in Saccharomyces
cerevisiae during the brewing of Japanese sake.
Appl. Microbiol. Biotechnol. 69:86-91.
13) Izawa S., Kita T., Ikeda K., Miki T., and Inoue Y.
2007. Formation of the cytoplasmic P-bodies in sakeyeast during Japanese sake brewing and wine
making.
Biosci.
Biotechnol.
Biochem.
71:2800-2807.
14) Izawa S., Kita T., Ikeda K., and Inoue Y. 2008. Heatshock and ethanol stress provoke distinctly different
responses in 3’-processing and nuclear export of
HSP mRNA in Saccharomyces cerevisiae. Biochem.
J. 411:111-119.
15) Kato K., Yamamoto Y., and Izawa S. 2011. Severe
ethanol stress induces assembly of stress granules in
Saccharomyces cerevisiae. Yeast 28:339-347.
16) Kedersha N., Stoecklin G., Ayodele M., Yacono P.,
Lykke-Anderson J., Fritzler M. J., Scheuner D.,
Kaufman R. J., Golan D. E., and Anderson P. 2005.
Stress granules and processing bodies are
dynamically linked sites of mRNP remodeling. J.

Cell Biol. 169:871-884.
17) Lui J., Campbell S. G., and Ashe M. P. 2010.
Inhibition of translation following glucose depletionin yeast facilitates a rationalization of mRNA
content. Biochem. Soc. Trans. 38:1131-1136.
18) Nguyen T. T. M., Iwaki A., and Izawa S. 2015. The
ADH7 promoter of Saccharomyces cerevisiae isvanillin-inducible and enables mRNA translation
under severe vanillin stress. Frontiers Microbiol. 6:
1390.
19) Rodriguez-Navarro S., and Hurt E. 2011. Linking
gene regulation to mRNA production and export.
Curr. Opin. Cell Biol. 23:302-309.
20) Saaverda C., Tung K. S., Amberg D. C., Hopper A.
K., and Cole C. N. 1996. Regulation of mRNA
export in response to stress in Saccharomyces
cerevisiae. Genes Dev. 10:1608-1620.
21) Saavedra C. A., Hammell C. M., Heath C. V., andCole C. N. 1997. Yeast heat shock mRNAs areexported through a distinct pathway defined by
Rip1p. Genes Dev. 11:2845-2856.
22) Takemura R., Inoue Y., and Izawa S. 2004. Stressresponse in yeast mRNA export factor: reversible
changes in Rat8p localization are caused by ethanol
stress but not heat shock. J. Cell Sci. 117:4189-4197.
23) Yamamoto Y., and Izawa S. 2013. Adaptive
response in stress granule formation and bulk
translational repression upon a combined stress ofmild heat shock and mild ethanol stress inyeast. Genes Cells, 18:974-984.
24) Zid, B. M., and O’Shea, E. K. 2014. Promoter
sequences direct cytoplasmic localization andtranslation of mRNAs during starvation in yeast.
Nature 514:117-121.

53

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)MINI REVIEWJournal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14, 54-62

Yurimoto H and Sakai Y

Stress response mechanism of C1-microorganisms andtheir survival strategy in various growing environments
C1 微生物の巧妙なストレス適応機構と多様な生育環境での生存戦略
京都大学大学院 農学研究科
由里本 博也、阪井 康能
Division of Applied Life Sciences, Graduate School of Agriculture, Kyoto University, Kitashirakawa-Oiwake, Sakyo-ku,
Kyoto 606-8502, JAPAN
Corresponding Author: Hiroya Yurimoto, yury@kais.kyoto-u.ac.jp
Phone: +81-75-753-6387, Fax: +81-75-753-6454
Received: Nov. 2, 2015 / Accepted: Dec. 21, 2015
Abstract
C1 compounds, such as methane andmethanol, which have no carbon-carbon bond, areubiquitous in nature and also emitted from anthropogenic
environments. C1-microorganisms (methylotrophs),
which can utilize C1-compounds as the sole source ofcarbon and energy, inhabit various environments and are
responsible for carbon circulation of two major
greenhouse gases, methane and CO2, called “methane
cycle”. Recently, methane and methanol have beenreported to be emitted from plants, and the phyllosphere,
defined as the aerial part of plants, has been recognized
as a habitat for C1-microorganisms. Phyllsophere isthought to be exposed to various kinds of environmental
stresses, such as low nutrients, temperature, draught, UV,
and so on. In this review, we introduce recent studies on
how C1-microbes adapt to and survive on stressfulenvironments.
Keywords:
C1-microorganism,
stressresponse,
formaldehyde, phyllosphere
キーワード：C1 微生物，ストレス応答，ホルムアル
デヒド，葉圏
１．はじめにメタンやメタノールなど分子内に C-C 結合を持たない還元型 C1 化合物は、自然界に普遍的に存在するだけでなく、人為的な環境からも発生し、地球環54

境に多大な影響を与えている。メタンは嫌気的な環境でのメタン生成アーキアの働きにより生成し、土壌や水圏に加えて、水田、家畜（反芻動物）、埋め立て地などの人為的な発生源からも放出される。また
最近、植物から直接メタンが放出されていることが報告され、その放出と消費に関する論争が盛んに行われている 11)。一方、植物細胞壁構成成分であるペクチンのメチルエステル基に由来するメタノールも植物から大量に放出されることが知られている 13)。
このように多様な環境中に存在する C1 化合物を炭素源、エネルギー源として利用できる微生物は、C1
微生物あるいはメチロトローフ（methylotroph）と呼ばれ、細菌、アーキア、酵母に分布している。C1
微生物もまた多様な環境中に棲息しており、ごく一般的な環境である土壌、水圏だけでなく、低温、高温、強酸、強アルカリ、嫌気などの極限環境にも棲息している。また近年、植物葉面に Methylobacterium
属細菌に代表されるメチロトローフ細菌が優占化していることが明らかとなってきた 19)。葉面は微生物にとって、貧栄養、温度、乾燥、紫外線、活性酸素種など様々なストレスに曝される過酷な環境であり、このような環境に C1 微生物がどのように適応しているのかに興味が持たれている。本稿では、C1 微生物が C1 化合物を代謝する際に生じるホルムアルデ
ヒドや、多様な生育環境から受けるストレスにどのように適応して生存しているのかを紹介する。

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)２．C1 微生物とホルムアルデヒドを中心とする C1
化合物代謝
微生物が利用可能な還元型 C1 化合物には、メタン、メタノールの他、ホルムアルデヒド、ギ酸、メ
チルアミン、ハロゲン化メチル等に加え、ジメチル
スルフィドのように炭素原子を２つ以上含むが C-C結合を持たない化合物があり、これらを炭素源、エ
ネルギー源として利用する多様な C1 微生物が存在する。C1 微生物の炭素源の利用性から、特にメタンを利用するメタン資化性菌（メタノトローフ）、メタ
ンは利用できずメタノールを利用するメタノール資化性菌という名称もよく使われる。メタン資化性菌
は細菌であり、その多くが偏性メタン資化性細菌、すなわちメタン（あるいはメタノール）のみを炭素源として利用できる。一方、メタノール資化性菌には、細菌と酵母が存在し、C1 化合物以外の化合物も炭素源として利用する通性メタノール資化性菌がほとんどである。

C1 微生物による C1 化合物代謝は、関与する酵素に多少の違いはあるものの、基本的な代謝経路は共通している（図１）。メタン資化性細菌は、メタンからメタノールへの酸化を担う酵素として、メタンモ
ノオキシゲナーゼ（MMO）を持っている。続くメタ
ノール酸化反応は、細菌ではメタノールデヒドロゲ
ナーゼ（MDH）、酵母ではアルコールオキシダーゼ（AOD）によって触媒され、生じたホルムアルデヒ
ドはエネルギーを得るための酸化経路（ギ酸を経てCO2 まで酸化される）と細胞構成成分を得るための資化経路によって代謝される。その他の C1 化合物
代謝においても、ホルムアルデヒドが代謝中間体となっている。細胞毒性の高いホルムアルデヒドを代謝中間体とする利点の一つには、ホルムアルデヒド
が CO2 よりもエネルギー準位が高く、CO2 固定よりも少ない消費エネルギーでの炭素固定が可能なことが挙げられる。

図１ C1 微生物における C1 化合物代謝の概要
酵素名の略号 MMO: メタンモノオキシゲナーゼ, MDH: メタノールデヒドロゲナーゼ, AOD: アルコール
オキシダーゼ
物質名の略号 GSH: グルタチオン、 H4MPT: テトラヒドロメタノプテリン、H4F: テトラヒドロ葉酸、Xu5P:
キシルロース 5-リン酸、 Ru5P: リブロース 5-リン酸、 Hu6P: ヘキシュロース 6-リン酸、 GAP: グリセルア
ルデヒド 3-リン酸、 DHA: ジヒドロキシアセトンリン酸、 DHAP: ジヒドロキシアセトンリン酸

55

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)３．C1 微生物の巧妙なホルムアルデヒド対策
３−１．ホルムアルデヒド酸化経路
ホルムアルデヒドが重要な代謝中間体となっている C1 微生物の C1 化合物代謝では、ホルムアルデヒ
ドの毒性を低減させるための機構が必要であり、実際に C1 微生物は極めて巧妙な機構を持っている 23)。
まず始めに、ホルムアルデヒドはグルタチオンなどのコファクターと結合することで、核酸やタンパク質と非特異的に反応する前に速やかに代謝（無毒化）
される（図１）。グルタチオン以外の化合物としては、テトラヒドロ葉酸（H4F）、テトラヒドロメタノプテリン（H4MPT）、マイコチオールなどがあり、これらの化合物とホルムアルデヒドの付加物は順次酸化され、この過程で還元力（NADH または NADPH）が供給される。H4F と H4MPT 依存型の酸化経路は細菌に特有の経路であるが、H4MPT 依存型の酸化経路
は、メタン生成アーキアでメタン生成反応（すなわ
ち還元反応）に利用されている一連の酵素遺伝子の相同遺伝子として見出され、細菌とアーキアで酸化・還元それぞれに生理的意義をもつ代謝経路である 1)。
一方、グルタチオン依存型の経路は C1 微生物に限らず細菌から高等真核生物にまで広く存在している普遍的なホルムアルデヒド解毒機構である。筆者

らは、メタノール資化性酵母 Candida boidinii におけるグルタチオン依存型ホルムアルデヒド酸化経路について、各酵素遺伝子破壊株の生育特性などを詳細に解析し、本経路がホルムアルデヒドの解毒だけでなく、NADH を介したエネルギーの獲得や細胞内グ
ルタチオン量の維持に極めて重要な働きを担っていることを明らかにした 12, 15, 21)。この経路では、グルタチオン依存性ホルムアルデヒドデヒドロゲナーゼ（FLD）、S-ホルミルグルタチオンヒドロラーゼ（FGH）、ギ酸デヒドロゲナーゼ（FDH）が働き、FLD と FDH の反応で NADH が生じる（図２）。各遺伝子破壊株をメタノール制限ケモスタット培養すると、FLD 遺伝子破壊株はメタノールに全く生育できないが、FGH 遺伝子破壊株と FDH 遺伝子破壊株は、それぞれ野生株の 10%および 25%程度の growthyield であった。この結果から、ホルムアルデヒド酸化経路は、ホルムアルデヒドの解毒だけでなく、エネルギー獲得にも必須であること、さらにホルムアルデヒドを捕捉するグルタチオンの再生にも関与するという新知見を得た。さらにメタノールとホルム
アルデヒドから生じるヘミアセタールをギ酸メチルに変換する反応をアルコールデヒドロゲナーゼが触媒し、ホルムアルデヒド解毒に重要な役割を担うことを明らかにした 22)。

図２ メタノール資化性酵母のメタノール代謝
酵素名の略号 AOD: アルコールオキシダーゼ、CTA: カタラーゼ、DAS: ジヒドロキシアセトンシンターゼ、
Pmp20: グルタチオンペルオキシダーゼ、FLD: ホルムアルデヒドデヒドロゲナーゼ、FGH: S-ホルミルグルタ
チオンヒドロラーゼ、FDH: ギ酸デヒドロゲナーゼ、GLR: グルタチオンレダクターゼ

56

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)３−２．ホルムアルデヒド資化経路
ホルムアルデヒド資化経路には、セリン経路、リブロースモノリン酸経路、キシルロースモノリン酸経路がある（図１）。細菌のセリン経路では、ホルム
アルデヒドと H4F から生じる 5,10-メチレン H4F がグリシンと反応してセリンを生じると考えられてきたが、近年のメタボローム解析やゲノム解析の結果、ホルムアルデヒドのほとんどが H4MPT 依存経路で一旦ギ酸まで酸化された後、H4F 経路で還元されて生じる 5,10-メチレン H4F を基質として、グリシンに固定されることが明らかにされた 2)。一方、細菌のリブロースモノリン酸（RuMP）経路と、酵母のキ
シルロースモノリン酸（XuMP）経路では、コファクターに結合していない遊離のホルムアルデヒドが五単糖リン酸と縮合して六単糖リン酸が生じる。
RuMP 経路では、ホルムアルデヒドはリブロース
5-リン酸（Ru5P）とアルドール縮合して 3-ヘキシュ
ロース 6-リン酸を（Hu6P）生成し、これが異性化されてフルクトース 6-リン酸（F6P）になる。この２段階の反応は、3-ヘキシュロース-6-リン酸シンター
ゼ（HPS）と 6-ホスホ-3-ヘキシュロイソメラーゼ（PHI）によって触媒される。HPS によるホルムア
ルデヒド固定反応は、発エルゴン反応であり、RuMP
経路はセリン経路に比べてホルムアルデヒド固定のエネルギー効率が高い。
HPS と PHI をコードする遺伝子は、メチロトロー
フ細菌だけでなく、非メチロトローフの細菌やアーキアに広く存在する 24) 。例えば枯草菌（Bacillus
subtilis）ではホルムアルデヒド添加によって両遺伝子が誘導発現することから、RuMP 経路は非メチロ
トローフ細菌においてもホルムアルデヒドの解毒に関わると考えられる。一方、アーキアではその遺伝
子構造は多様であり、特に超好熱性の Thermococcus
属では、HPS と PHI が二機能性融合酵素として存在するのが特徴的である。アーキアにはペントースリ
ン酸経路を担う大部分の酵素を欠如した菌群があり、このような菌群のゲノムには、必ず HPS, PHI がコードされていることが報告された 17)。ペントースリン酸経路は、核酸合成の前駆体となるリボース 5-リン酸（R5P）を供給する経路であるため、ペントース
リン酸経路を欠くアーキアでは、別の R5P 供給経路が必要である。この経路として、HPS と PHI による
ホルムアルデヒド固定の逆反応（F6P から Ru5P とホルムアルデヒドを生成）により Ru5P が合成され、R5P へと変換するという経路、すなわち"Reverse
RuMP 経路”が提唱された（図３）。筆者らはこのことを実証するために、T. kodakaraensis KOD1 株において当該遺伝子破壊株を作成し、その生育を調べた。
遺伝子破壊株は最少培地には生育できないが、培地中にヌクレオシドを添加した場合に生育できたことから、HPS-PHI が Ru5P の生合成に必須であることがわかった 14)。このとき生じるホルムアルデヒドの解毒に関しては、ホルムアルデヒドフェレドキシン
オキシドレダクターゼ（FOR）や F420 依存型ギ酸デ
ヒドロゲナーゼ（FDH）が関与する酸化経路の存在がゲノム情報から推定される。また、メタン生成ア
ーキアである Methanosarcina 属では、HPS はホルム
アルデヒドと H4MPT からメチレン H4MPT を生成す
る反応を触媒する酵素（ホルムアルデヒド活性化酵
素, FAE）との融合酵素として存在し、R5P 供給時に生じるホルムアルデヒドを速やかに解毒していると考えられる 3)。

図３ Reverse RuMP 経路による Ru5P 生合成
酵素名の略号 : TA: トランスアルドラーゼ、TK: トランスケトラーゼ、RPE: リブロース-5-リン酸 3-エピメ
ラーゼ、RPI: リボース-5-リン酸イソメラーゼ、FAE: ホルムアルデヒド活性化酵素、FOR: ホルムアルデヒ
ドフェレドキシンオキシドレダクターゼ、FDH: F420 依存型ギ酸デヒドロゲナーゼ
57

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)一方、酵母におけるホルムアルデヒド固定経路である XuMP 経路では、ホルムアルデヒドはジヒドロ
キシアセトンシンターゼ（DAS）によって固定される（図２）。メタノール資化性酵母では、AOD によるメタノールの酸化と、DAS によるホルムアルデヒ
ドの固定は、メタノール生育時に高度に発達する細胞内小器官であるペルオキシソーム内で起こる。このように酵母のメタノール代謝では、ホルムアルデ
ヒドの生成と消費反応を膜で囲まれたペルオキシソーム内に隔離することにより、細胞質や核へのホルムアルデヒドの影響を低減している。また AOD とDAS 遺伝子の発現は、ホルムアルデヒドがペルオキ
シソーム内で過剰蓄積しないように巧みな調節を受けている。すなわち、メタノール代謝の下流に位置する DAS 遺伝子が先に強力に発現し、DAS による
ホルムアルデヒド固定反応が準備された後に、ホルムアルデヒドを生成する AOD が最大限に誘導されるために、ホルムアルデヒドの蓄積を最小限にする
ことができる。両遺伝子プロモーターの解析により、
DAS 遺伝子（DAS1）プロモーターは AOD 遺伝子プ
ロモーターよりも数倍強力であり、AOD 遺伝子（AOD1）プロモーターはメタノール以外にもホルムアルデヒドやさらに下流の代謝産物でも誘導されるという特徴があることも分かっている。もし AODが DAS よりも先に合成されれば、ペルオキシソームにホルムアルデヒドが蓄積することになる。このよ
うにメタノール資化性酵母は、前述のホルムアルデ
ヒド酸化経路によるホルムアルデヒド解毒に加え、ホルムアルデヒドの生成と消費に関わる酵素遺伝子の発現を巧妙に制御することによって、ホルムアル
デヒドの細胞内レベルを最小限に留めるための機構をもっている 18, 25)。
３−３．C1 微生物代謝における酸化ストレス
酵母のメタノール代謝では、AOD によるメタノー
ルからホルムアルデヒドへの酸化反応（分子状酸素によるオキシダーゼ反応）で過酸化水素が生じるた
め、細胞内には様々な活性酸素種（ROS）が生じる。
筆者らは、メタノール代謝時に曝される酸化ストレスに対する応答機構についても詳細に解析した。ペルオキシソーム内で生成した過酸化水素は、ペルオ
キシソーム酵素であるカタラーゼによって無毒化される（図２）。またペルオキシソーム内で生じた過酸
化水素から派生する活性酸素種はペルオキシソーム
膜の脂質を酸化し過酸化脂質を生じる。この過酸化
脂質の還元に働く酵素として、ペルオキシソーム膜
表在性のペルオキシレドキシンである Pmp20 がペ58

ルオキシソーム内に存在し、グルタチオンペルオキ
シダーゼ活性により過酸化脂質を還元する。興味深
いことに、C. boidinii においてカタラーゼ遺伝子を破壊してもメタノールに生育できるが、Pmp20 遺伝子を破壊するとメタノールに生育不能となる 6, 7)。このことは、ペルオキシソーム内では過酸化水素よりも過酸化脂質の方が酸化ストレス物質としての影響が強いことを示している。また、ペルオキシソーム内でホルムアルデヒドとグルタチオンが結合すること、
Pmp20 の反応にグルタチオンが必要なことから、メ
タノール代謝で生じるホルムアルデヒドと酸化ストレスの両者に対応するために、還元型グルタチオン（GSH）の供給が極めて重要であることが示唆された。筆者らはメタノール資化性酵母 Pichia pasotoris
を用い、グルタチオン代謝や酸化ストレス応答性転
写因子 Yap1 のメタノール代謝における重要性を調べた。特に酸化型グルタチオン（GSSG）から GSHへの還元を触媒するグルタチオンレダク ターゼ（GLR）の遺伝子破壊株はメタノール培地で顕著な生育阻害を受け、細胞内 GSSG の量比が極めて高くなっていること、同時にホルムアルデヒドが蓄積していることが分かった。また、この生育阻害が GSHの添加で回復したことから、GLR による GSSG からの GSH 再生が、メタノール代謝に重要な役割を果た
すことがわかった。このように、酵母メタノール代
謝時には、抗酸化酵素やグルタチオン関連代謝酵素が重要な役割を果たすことを明らかにし、同時にこれらの遺伝子発現制御に関わる酸化ストレス応答性
転写因子 Yap1 のメタノール代謝における重要性も明らかにした 20)。
４．葉面 C1 微生物の生存戦略
地球上の葉の表面積は、地球の表面積の２倍に匹敵する 109 km2 と見積もられ、その表層には膨大な数（1026 cells 以上）の微生物が棲息している 19)。しかしながら、葉面は微生物が棲息する環境としてはかなり過酷なものと考えられ、昼夜あるいは日向と日陰との温度変化、紫外線、乾燥、浸透圧、活性酸
素種、貧栄養あるいは栄養飢餓など様々な要因のス
トレスに曝されている。このような過酷な環境である葉面で優占化している微生物種の一つが、Methylobacterium 属のメタノール資化性である。
Methylobacterium 属細菌は、PPFM (pink-pigmented
facultative methylotroph)とも呼ばれる通性のメタノール資化性細菌で、α-プロテオバクテリアに属する
グラム陰性細菌である。メタノールやメチルアミンの他にコハク酸などの有機酸を炭素源とし、サイト

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)カイニンの一種であるゼアチンや、オーキシンの一種であるインドール酢酸などの植物ホルモンを合成する。植物からは年間１億トンと見積もられるメタ
ノールが放出されており、Methylobacterium 属細菌は葉面においてメタノールを主要な炭素源として利用し、植物生長促進効果を示して相利共生関係を築いている。これは、光・温度・日周性などの環境要
因の他、植物光合成代謝や植物免疫に起因する様々なストレスを受ける葉面環境に、Methylobacterium
属細菌を含む葉面 C1 微生物が巧みに適応して生存していることを示している。二大温室効果ガスであるメタンと CO2 間の年間 15〜20 億トンにも及ぶ地
球規模での炭素循環（メタンサイクル）では、メタンから CO2 への酸化だけでなく、植物による CO2 固
定や、植物からの C1 化合物の放出にも、C1 微生物が極めて重要な役割を果たしており、葉面での C1化合物の動態や C1 微生物−植物共生系における炭素循環のメカニズムを知ることが必要である。
４−１．葉面メタノール濃度とメタノール資化性酵
母の生存戦略微生物が炭素源として利用できるメタノールが葉面にどの程度存在するのかを調べるため、筆者らはメタノール資化性酵母がもつメタノール誘導性プロモーター支配下に、蛍光タンパク質を発現させる酵
母細胞を用いることで、植物葉上のメタノール濃度を直接計測する“メタノールセンサー細胞”を構築した 10)。このときのメタノール誘導性プロモーターには、C. boidinii の DAS1 プロモーターを用いた。
DAS1 プロモーターは、前述のように AOD1 プロモーターよりも強く、メタノールへの応答性も早いので、メタノールセンサーとして利用するのに適した特性を持っていた。このメタノールセンサー細胞を既知のメタノール濃度の寒天培地にスポットし、4
時間後の蛍光強度を測定したときに、メタノール濃度と蛍光強度が相関性を示すことを見出し、これを検量線とすることによって、葉面のメタノール濃度を定量した。まず、発芽２〜３週間後の若いシロイ
ヌナズナ葉上においては、メタノール濃度は日周変動し、昼間はほとんどなく、夜には 25 mM 程度と想像以上に高濃度に存在することがわかった。一方、老化した葉ではさらに高濃度（数百 mM 相当）のメ
タノールが昼夜変動なく存在した。このように葉面
メタノール濃度を検出、定量する技術の開発に成功し、実際に葉面には微生物が利用可能なメタノール
存在し、しかも昼夜あるいは植物の一生の中で大きく変動していることを初めて明らかにすることがで59きた。
このように炭素源となるメタノール濃度が大きく変動する環境において、メタノール資化性酵母が実際に増殖することは、構成的に蛍光タンパク質を発現する C. boidinii をシロイヌナズナ葉面に接種し、蛍光観察と定量 PCR 解析により確認した。このとき、様々な遺伝子破壊株を接種してその増殖能を定量
PCR によって検出する手法を確立し、葉面での増殖に重要なメタノール資化性酵母の代謝機能を調べた。
メタノール代謝系のうち、AOD や DAS 遺伝子の破壊株は葉面で増殖することができず、メタノール資化性酵母は葉面においてメタノールを主要な炭素源として利用すること、葉面での増殖にはメタノール
代謝が重要なことがわかった。また、メタノール代
謝に必要なペルオキシソームの生合成に関わる PEX
遺伝子の破壊株や、オートファジーに関わる ATG 遺伝子の破壊株も葉面で増殖できなかったことから、栄養源が大きく変動する葉面で生存するためには、
オルガネラのホメオスタシスが極めて重要なことがわかった。一方、ホルムアルデヒド酸化経路や、抗酸化系については、遺伝子破壊株が増殖可能であったことから、葉面での増殖には必須ではないか、別の経路が働いていることが示唆された 10)。
また筆者らは、メタノール資化性酵母が葉面で利用する窒素源についても調べた。C. boidinii が利用可
能な窒素源のうち、硝酸およびメチルアミンの代謝に関わる硝酸レダクターゼ（YNR）およびアミンオ
キシダーゼ（AMO）について、その遺伝子の葉面での発現や遺伝子破壊株の増殖を同様に解析した 16)。
シロイヌナズナの若葉上では YNR 遺伝子が発現し、その発現が日周変動を示したことから、葉面には硝酸が存在し、昼夜でその濃度が変動することがわかった。また YNR 遺伝子破壊株の増殖が見られなかったことから、葉面ではメタノール資化性酵母が硝酸を窒素源とし利用していることがわかった。一方、若葉上では、AMO 遺伝子の発現が見られなかったが、老化した葉ではその発現が確認でき、メチルア
ミンが主要な窒素源となることを見出した。さらに硝酸からメチルアミンへと利用可能な窒素源が変動する際には、オートファジー経路のひとつである
CVT 経路が関与する YNR の選択的な分解が起こる
ことを初めて明らかにした。
以上のように、葉面でメタノール資化性酵母が利用できる炭素源と窒素源は、日周性や植物の一生に伴って変動しており、このような環境に適応するために、メタノール資化性酵母は炭素代謝と窒素代謝の両代謝の制御系とそれに伴う細胞内オルガネラ動Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)態の制御系を巧みに利用している（図４）。

図４

植物の一生と葉面メタノール資化性酵母のライフスタイル

４−２．葉面 C1 細菌のストレス応答
葉面で優占化している Methylobacterium 属細菌については、Methylobacterium extorquens AM1 株をモデル菌株として、葉面での生理機能に関する研究が進められてきた。微生物がストレス環境に適応するための機能の一つに、ストレス応答性の遺伝子発現機構があるが、M. extorquens AM1 を用いて行われた植物表層生育時に特異的に発現するタンパク質のプロ
テオーム解析と遺伝子破壊株と野生株との競合試験
により、ストレス応答性の転写因子（PhyR）が葉面での生育に関わっていることが報告された 4, 5) 。
PhyR は、anti-anti-σ因子として働くストレス応答因子であり、ほとんどのα-プロテオバクテリアが phyR
遺伝子を持っており、PhyR–NepR–σEcfG シグナルカ
スケードを構成する。M. extorquens AM1 の phyR 遺伝子破壊株は、熱、紫外線、活性酸素種、浸透圧、乾燥など幅広い環境ストレスに対する耐性が減少し、さらに植物定着能も著しく悪化する。このことから、
PhyR に制御される一般ストレス耐性が、植物定着に重要に機能していることが示唆された。PhyR の制御下には熱ショック、紫外線、浸透圧など様々なストレス耐性に関与する遺伝子があり、葉面での生存に重要な役割を果たしていると考えられる。
また筆者らは、様々な植物試料からメタン資化性細菌の分離に成功し、葉面にはメタノール資化性細60

菌だけでなく、メタン資化性細菌も棲息していることを明らかにした 8)。このうち、アシの葉から単離したメタン資化性細菌 Methylosinus sp. B4S 株に GFPを導入し、シロイヌナズナ葉上での動態を観察した
ところ、葉面への接種後 10 日後でも蛍光が観察され、メタン資化性細菌が葉上に定着できることがわかった 9)。さらに、メタノール資化性細菌の葉面での生存に必要であることが報告された PhyR に関して、
B4S 株における phyR ホモログ遺伝子を取得して様々な培養条件での遺伝子発現レベルや遺伝子破壊株のストレス感受性、シロイヌナズナ葉上への定着能を比較検討したところ、phyR 遺伝子の発現レベル
は熱ショック処理時に上昇し、遺伝子破壊株は熱シ
ョックと紫外線に感受性を示したことから、これらのストレス応答に関与することがわかった。
５．おわりに
本稿では、C1 微生物のストレス適応機構に関して、
C1 化合物代謝で生じるホルムアルデヒドと活性酸素種に対する適応機構と、自然環境中での主要な棲息環境の一つである葉面で生存するための細胞生理機能を紹介した。メタンやメタノールは、石炭・石油に替わるエネルギー・炭素資源として注目されており、これを培養原料として有用物質生産が可能な
C1 微生物が耳目を集めている。C1 微生物による有Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)用物質生産においては、菌体や生産物の収量を上げるために増殖効率を高める必要があり、そのためにはホルムアルデヒドや活性酸素種に対するストレス応答機構を詳細に理解することで、代謝フローの制
御やストレス応答性に優れた宿主の開発が可能となる。
一方、葉面に棲息する C1 微生物に関しても、様々なストレスに曝される過酷な環境である葉面での生存戦略機構の理解は、地球規模での炭素循環の収支やメカニズムの解明、温暖化ガス排出削減のための技術開発だけでなく、C1 微生物による植物生長促進能を活用したバイオマス・食糧増産技術の開発につながる。これまでの植物-微生物相互作用研究については、主に根圏微生物や植物病原菌を対象としたものがほとんどであったが、葉面 C1 微生物と植物との相互作用に関する研究は、今世紀になって初めて本格的に進められてきたものであり、C1 微生物の葉面での生理・生態ついてはまだまだ解明すべき課題が多く、今後のさらなる発展が期待される。
参考文献
1) Chistoserdova, L., Vorholt, J. A., Thauer, R. K., andLidstrom, M. E. 1998. C1 transfer enzymes andcoenzymes linking methylotrophic bacteria andmethanogenic Archaea. Science 281: 99-102.
2) Crowther, G. J., Kosály, G., and Lidstrom, M. E.
2008. Formate as the main branch point formethylotrophic metabolism in Methylobacterium
extorquens AM1. J. Bacteriol. 190: 5057-5062.
3) Goenrich, M., Thauer, R. K., Yurimoto, H., andKato, N. 2005. Formaldehyde activating enzyme(Fae) and hexulose-6-phosphate synthase (Hps) in
Methanosarcina barkeri: a possible function inribose-5-phosphate biosynthesis. Arch. Microbiol.
184: 41-48.
4) Gourion, B., Rossignol, M., and Vorholt, J. A. 2006.
A proteomic study of Methylobacterium extorquens
reveals a response regulator essential for epiphytic
growth. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 103:
13186-13191.
5) Gourion, B., Francez-Charlot, A., and Vorholt, J. A.
2008. PhyR is involved in the general stressresponse of Methylobacterium extorquens AM1. J.
Bacteriol. 190: 1027-1035.
6) Horiguchi, H., Yurimoto, H., Goh, T., Nakagawa, T.,
Kato, N., and Sakai, Y. 2001. Peroxisomal catalasein the methylotrophic yeast Candida boidinii:

61

7)

8)

9)

10)

11)

12)

13)

14)

15)

16)

transport efficiency and metabolic significance. J.
Bacteriol. 183: 6372-6383.
Horiguchi, H., Yurimoto, H., Kato, N., and Sakai, Y.
2001. Antioxidant system within yeast peroxisome.
Biochemical and physiological characterization of
CbPmp20 in the methylotrophic yeast Candida
boidinii. J. Biol. Chem. 276: 14279-14288.
Iguchi, H., Sato, I., Sakakibara, M., Yurimoto, H.,
and Sakai, Y. 2012. Distribution of methanotrophsin the phyllosphere. Biosci. Biotechnol. Biochem.
76: 1580-1583.
Iguchi, H., Sato, I., Yurimoto, H., and Sakai, Y.
2013. Stress resistance and C1 metabolism involvedin plant colonization of a methanotroph
Methylosinus sp. B4S. Arch. Microbiol. 195:717-726.
Kawaguchi, K., Yurimoto, H., Oku, M., and Sakai,
Y. 2011. Yeast methylotrophy and autophagy in amethanol-oscillating environment on growing
Arabidopsis thaliana leaves. PLoS ONE 6: e25257.
Keppler, F., Hamilton, J. T. G., Brass, M., andRockmann, T. 2006. Methane emissions fromterrestrial plants under aerobic conditions. Nature
439: 187-191.
Lee, B., Yurimoto, H., Sakai, Y., and Kato, N. 2002.
Physiological role of the glutathione-dependent
formaldehyde dehydrogenase in the methylotrophic
yeast Candida boidinii. Microbiology 148:2697-2704.
Nemecek-Marshall, M., MacDonald, R. C., Franzen,
J. J., Wojciechowski, C. L., and Fall, R. 1995.
Methanol emission from leaves. Plant Physiol. 108:1359-1368.
Orita, I., Sato, T., Yurimoto, H., Kato, N., Atomi, H.,
Imanaka, T., and Sakai, Y. 2006. The ribulose
monophosphate pathway substitutes for the missing
pentose phosphate pathway in the archaeon
Thermococcus kodakaraensis. J. Bacteriol. 188:4698-4704.
Sakai, Y., Murdanoto, A. P., Konishi, T., Iwamatsu,
A., and Kato, N. 1997. Regulation of the formate
dehydrogenase gene, FDH1, in the methylotrophic
yeast Candida boidinii and growth characteristics
of an FDH1-disrupted strain on methanol,
methylamine, and choline. J. Bacteriol. 179:
4480-4485.
Shiraishi, K., Oku, M., Kawaguchi, K., Uchida, D.,Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)Yurimoto, H., and Sakai, Y. 2015. Yeast nitrogenutilization in the phyllosphere during plant lifespanunder regulation of autophagy. Sci. Rep. 5: 9719.
Soderberg,
T.
2005.
Biosynthesisofribose-5-phosphate and erythrose-4-phosphate inarchaea: a phylogenetic analysis of archaeal
genomes. Archaea 1: 347-352.
van der Klei, I. J., Yurimoto, H., Sakai, Y., andVeenhuis, M. 2006. The significance ofperoxisomesinmethanol metabolism
inmethylotrophic yeast. Biochim. Biophys. Acta
1763: 1453-1462.
Vorholt, J. A. 2012. Microbial life in thephyllosphere. Nat. Rev. Microbiol. 10: 828-840.
Yano, T., Takigami, E., Yurimoto, H., and Sakai, Y.

yeast Candida boidinii. Microbiology 149:
1971-1979.
22) Yurimoto, H., Lee, B., Yasuda, F., Sakai Y., andKato, N. 2004. Alcohol dehydrogenases thatcatalyse methyl formate synthesis participate informaldehyde detoxification in the methylotrophic
yeast Candida boidinii. Yeast 21: 341-350.
23) Yurimoto, H., Kato, N., and Sakai, Y. 2005.
Assimilation, dissimilation, and detoxification offormaldehyde that is a central metabolic
intermediate of methylotrophic metabolism. Chem.
Rec. 5: 376-384.
24) Yurimoto, H., Kato, N., and Sakai, Y. 2009.
Genomic organization and biochemistry of theribulose monophosphate pathway and its

2009. Yap1-regulated glutathione redox system
curtails accumulation of formaldehyde and reactive
oxygen species in methanol metabolism of Pichia
pastoris. Eukaryot. Cell 8: 540-549.
21) Yurimoto, H., Lee, B., Yano, T., Sakai Y., and Kato,
N. 2003. Physiological role of S-formylglutathionehydrolase in C1-metabolism of the methylotrophic

application in biotechnology. Appl. Microbiol.
Biotechnol. 84: 407-416.
25) Yurimoto, H., Oku, M., and Sakai, Y. 2011. Yeast
methylotrophy: metabolism, gene regulation andperoxisome homeostasis. Int. J. Microbiol. 2011:
101298.

17)

18)

19)
20)

62

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)MINI REVIEWJournal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14, 63-69

Fujiwara S

Cold-stress response in hyperthermophilic archaea
超好熱菌の低温ストレス応答
関西学院大学 理工学部 生命科学科
藤原 伸介
Department of Bioscience, School of Science and Technology, Kwansei-Gakuin University, 2-1 Gakuen, Sanda
669-1337, Japan
Corresponding Author: Shinsuke Fujiwara, fujiwara-s@kwansei.ac.jp
Phone: +81-79-565-8300, Fax: +81-79-565-9077
Received: Oct. 21, 2015 / Accepted: Dec. 23, 2015
Abstract
Thermococcus kodakarensis is a
hyperthermophilic archaeon that thrives over a wide
range of moderately high (60°C) to extremely high(100°C) temperatures. By contrast, the closely related
genera, Pyrococcus spp., thrives at higher temperatures(70°C to 100°C). Factors such as the expression of thecold inducible DEAD-box RNA helicase, thecold-inducible chaperonin CpkA, and membranecomponents etc were thought to be involved in the abilityof this organism to adapt to cooler environments in T.
kodakarensis.
In DEAD box RNA helicase,five-adenosine (AAAAA) sequence is located in theregion between the SD region and the initiation codon(ATG) is involved in cold induction. A5 -dependentcold-induced expression is related to prematuretermination. At 85°C and 93°C, clustered A5 might
function as transcriptional terminator at sites where an
RNA-DNA hybrid would have inherently weakbase-pairing. At 60°C, however, the RNA-DNA hybrid
might be stabilized and inhibit the release of mRNA from
template DNA. Similar A rich sequences have been
observed in other cold inducible genes between the SD
region and the initiation codon. For cell survival at cold
stressed environment, CpkA plays a central role. A cpkA
deletant strain showed a poor cell growth at 60°C, but nosignificant growth defect at 85°C and 93°C. The CpkA
variant, in which Glu530 was replaced with Gly(CpkA-E530G), showed increased ATPase activity, with63

greatest activity at 50°C. The mutant strain, DA4 (pyrF,
cpkA-E530G), grew as well at 60°C as the parental
KU216 strain. By contrast, DA4 grew more vigorously
than parental strain at 50°C. These results suggested that
the CpkA-E530G mutation prevented cold denaturationof proteins under cold-stress conditions, thereby enabling
cells to grow in cooler environments. It is likely that
hyperthermophiles have evolved by obtaining mutationin chaperonin so that they adapt to a colder environment.
Key words: Archaea, Thermophile, Cold-temperature
adaptation, Molecular chaperonin, Helicase
キーワード：アーキア、好熱菌、低温適応、分子シャペロニン、ヘリカーゼ
はじめに生命の起源については諸説があり、その真相は明らかではない。ただ、微生物ゲノムの大きさや、個々の遺伝子の系統解析を素直に解釈すれば、生命は熱水環境で生まれたと考えるのが妥当であろう。そうだとすれば、原始生命は進化の過程で、より低い温度に適応順化することで、多様性を獲得していったと考えられる。超好熱菌ゲノムの遺伝子数と生育温度範囲について調べると、生育温度が低くなるにつれて遺伝子パラログの数が増え、ゲノムのサイズも大きくなる傾向がある。特に類縁菌どうしで比較す
ると、低い温度で生育が可能な種ほど遺伝子数が多い。これらの知見は生物が低温で生育するために、本来高温で機能している遺伝子の他に、低温で機能

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)する遺伝子を獲得していったことを予見させる。本稿では超好熱菌の低温ストレス応答の機構と、誘導下で発現する遺伝子の機能について紹介したい。
１．Pyrococcus 属と Thermococcus 属
Pyrococcus 属 と Thermococcus 属 は 同 じThermococcales 目に属し、共に硫黄を還元する嫌気呼吸を行い、海洋性のミネラルを要求するなど極めてよく似た性質を有す。ただし、Thermococcus 属は
Pyrococcus 属に比べ 10℃以上低い温度でも生育する。
Thermococcus 属のゲノムサイズは Pyrococcus 属に比べ約 200kbp ほど大きい。ゲノム解析が完了し、最もよく研究されている Thermococcus kodakarensis、
Pyrococcus furiosus 、 Pyrococcus abysii 、 Pyrococcus
horikoshii を用いて比較ゲノム解析を行うと、689 個の遺伝子は Thermococcus kodakarensis にしか存在しない 4)。T. kodakarensis を 60℃、85℃、93℃で培養し、各温度での細胞成分の変化を調べると興味深い現象がみられる。培養温度が下がると、膜の流動性確保が重要になるが、この菌は脂質炭化水素鎖の飽和度で保たれるのではなく、炭化水素鎖長の変化でなさ
れる 8）。培養温度の下降に伴い、細胞内のポリアミ
ン価数も小さくなり 10）、DEAD ボックス型 RNA ヘ
リカーゼ Tk-DEAD（Tk0306）12）や、クラスⅡ分子
シャペロニン CpkA が特異的に誘導される 5）。これ
ら遺伝子の破壊株は、低温（60℃）での生育が衰える。興味深いことは、低温で誘導される遺伝子のいくつかは Pyrococcus 属には存在しないことである。
Thermococcus 属はこれら遺伝子を獲得することで、低温適応を実現したことを示唆する。低温適応に必要な遺伝子は、Thermococcus に特有のものというよ
りも、Thermococcus 自身のパラログであり、かつて存在した遺伝子から派生し、それが変異し、低い温度でも機能するようになったと考えるのが妥当だろう。
２.超好熱菌の低温誘導機構
低温ストレス下では、いくつかの遺伝子が特異的に発現するが、その誘導機構は不明な点が多い。低温誘導の機構に関しては、大腸菌など様々な細菌で研究されてきた。多くの場合では転写開始点から開始コドンまでの領域（5’-untranslated region:5’-UTR）にコードされる RNA の構造が、温度変化に伴い変化し、それが遺伝子の発現に影響を及ぼしている 14)。
T. kodakarensis を用い、トランスクリプトーム解析により、低温ストレス下（60℃）に誘導されてくる遺伝子をリストアップして調べると、確か に長い

64

5’-UTR をもつ遺伝子がみつかる。そのひとつ DEAD
ボックス型 RNA ヘリカーゼ Tk-deaD も 158 bp の長さの 5’-UTR を持つ 12)。この遺伝子を用いて制御領域の探索が行われた。様々な領域欠失を用いて低温
誘導への影響を検証したが、5’-UTR を欠失させても低温誘導性は消失しない。意外なことに制御領域は、構造遺伝子の直前、リボソーム結合部位（Shine-Dalgarno 配列：SD 配列）から開始コドンまでに存在するアデニンの連続する領域に特定された
9）。このアデニンの連続配列（AAAAA）を、恒常的に発現しているグルタミン酸脱水素酵素（GDH）遺伝子の SD 配列から開始コドンまでの間に移植すると、gdh 遺伝子の発現に低温誘導性が認められるようになった。AAAAA という配列は転写終結配列（ターミネーター）を予感させる配列である。バクテリ
アの ρ 因子非依存性のターミネーターは、パリンド
ローム配列によって作られる安定なステムループ構
造と、その直後に存在する T の連続配列が機能単位である。ステム構造により、mRNA と鋳型 DNA の
ハイブリッドが T の連続部分で不安定となり mRNAが DNA から外れ、転写が終結する（図１）。一方、
超好熱性アーキアの転写終結は、チミンの連続するTTTTTTTTT という配列で起こる 11)。超好熱性アー
キアの転写も TTTTTTTT 配列のところで終結するが、ステム構造は必要ない 11)（図１）。Tk-deaD 遺伝
子でみられた低温での発現誘導は、高温（85℃以上）
での温度依存的な転写終結が関与しているのではな
かろうか。5’-UTR 領域の発現量を調べると、培養温度の変化によって変わらない。一方、構造遺伝子部分の発現量は温度が 85℃以上に上がると低下する。
高温では premature termination が生じていると考えると納得がいく。AAAAA 領域に一つでも G や C が入ると誘導性は見られなくなる。おそらく G や C により mRNA と鋳型 DNA のハイブリッドは安定化し、85℃でも転写終結しないのであろう。一方、ATTTT
や TTTTT という配列でも低温依存的な発現は認められる 9)。以上の結果から, 超好熱菌の低温特異的な発現は, 構造遺伝子の手前で起こる高温特異的な転写終結によりなされていると推察できる 3)（図 2）。
異なる温度で培養した T. kodakarensis のトランスク
リプトーム解析では、至適生育温度（85℃）と比べて低温（60℃）で、50 遺伝子が 4 倍以上の発現量の増加を示した。そのうちの 40 遺伝子で A または Tに富む配列が SD 配列から開始コドンまでに認められた。この結果は, Tk-deaD 遺伝子でみられた低温誘導機構は、他の低温誘導遺伝子でもあてはまる可能性を示唆する。

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)図１. バクテリアと超好熱性アーキアの転写終結.
バクテリアのρ因子非依存性の転写終結は、安定なステムループ構造とその後ろに続く T の連続配列（DNA上）により、mRNA が鋳型 DNA より遊離する。超好熱性アーキアでは、ステムループ構造はなく、T の連続配列で mRNA が遊離する。RNAP は RNA ポリメラーゼを示す。

図２．超好熱菌の低温誘導機構.
低温ストレス下（60℃）では転写されるが、高温生育下（85℃〜93℃）では T の連続配列（DNA 上）領域でmRNA が鋳型 DNA から遊離し、転写が終結する。低温誘導現象は、構造遺伝子上流での高温依存性の転写終結が阻害されることによってもたらされていると考えられる。

65

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)３．超好熱菌の低温誘導型分子シャペロニンが果た
す役割
T. kodakraensis など一部の超好熱菌には、低温スト
レス下で発現する分子シャペロニンが存在する 1)。
本菌の低温誘導性の分子シャペロニンである CpkAの遺伝子を破壊した変異株は、85℃から 93℃では野生株と同等に生育するが、60℃ではほとんど生育しない（図３）。また、逆に高温で誘導される分子シャ
ペロニン CpkB を破壊すると 93℃で生育しない。
CpkA と CpkB は構造の類似性が極めて高く 77%のアミノ酸が同一である。両者は細胞内で複合体を作るが、上述のように単独でも機能する 1)。CpkA とCpkB に顕著な違いが見られるのは、カルボキシル基末端側の約 20 アミノ酸である。この約 20 アミノ酸領域に注目して、分子シャペロニンをクラス分け
すると、３つのタイプに分かれる。CpkA に相同な A
タイプ、CpkB の配列に相同な B タイプ、および両者とは異なる C タイプである。A タイプはグリシン、メチオニンなどマイルドな疎水性アミノ酸に富み、Gly-Gly-Met（GGM）の繰り返し配列が目立つ。B
タイプは荷電性アミノ酸を多く持ち、CpkB ではア
スパラギン酸、グルタミン酸など負電荷を帯びたア
ミノ酸が並ぶ。生育温度の異なる様々な生物で、どちらのタイプの分子シャペロニンを有するかを調べたものが図 4 である。興味深いことに高温で生育する微生物は、B タイプの分子シャペロニンをもつ。
超 好 熱 菌 と し て 有 名 な Aeropyrum pernix や
Pyrobaculum aerophilum は B タイプの遺伝子を２つも持つ。生育温度が下がるに連れて、A タイプを持
つ も の が 増 え る 。 T. kodakarensis 以 外 に も 、Archaeoglobus fulgidus や Thermoplasma acidophilum
は A タイプと B タイプを持つ。A タイプの分子シャ

ペロニンは、耐熱性タンパク質が低温で変性するとき、それを捕捉再生しているように思える。我々はCpkA 及び CpkB の特異的な抗体を用いて、それぞれに捕捉されているタンパク質を検索した。低温誘導型シャペロニン（CpkA）が補足したタンパク質を網羅的に解析すると、高温誘導型シャペロニン（CpkB）
が補足したタンパク質とは構造的特徴が異なっていた 2, 5)。いずれの分子シャペロニンでも捕捉された多くのタンパク質の分子質量（molecular mass）は 20
kDa から 50 kDa で、分子質量分布には顕著な差は認められなかった。両者とも 80 kDa 以上の分子の捕捉は少なかった。一方，等電点分布を比較すると、CpkB
は CpkA よりも塩基性度の高い分子を多く捕捉していた。リボソームタンパク質など塩基性度の高い分子は、そのほとんどが CpkB により捕捉されていた。
これは CpkB のカルボキシル基末端領域に、酸性ア
ミノ酸が多く存在することと無関係ではないだろう。
また、捕捉分子の疎水度で比較すると CpkB が捕捉したタンパク質は、CpkA が捕捉したタンパク質よりも疎水度が高い傾向がみられた 2)。CpkA に特異的な標的タンパク質のうち、TK0252（Tk-TrpC）に注
目して、試験管内でのリフォールディング実験が試みられた 5)。Tk-TrpC は、CpkA によってのみリフォールディングが促進され、CpkB の作用を受けなかった。これらの結果より、低温ストレス下（60℃）
では、Tk-TrpC は CpkA の介助を受けて機能していることが示唆される。実際に CpkA の破壊株は、最少培地でトリプトファン要求性を示した 5)。この結果は、低温誘導型シャペロニンを獲得した超好熱菌
のみが、貧栄養な低温環境下でトリプトファン合成を可能にし、生き残っていったことを暗示している。

図３．超好熱菌 Thermococcus kodakarensis の生育温度特性.
KU216 株（pyrF）及び DA1 株（pyrF,ΔcpkA）を、60℃、85℃、93℃で培養したときの生育曲線を示す。DA1
株の 60℃での生育は著しく低下する。○, KU216 株（pyrF）；●, DA1 株（pyrF,ΔcpkA）

66

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)図４．分子シャペロニンの C 末端側配列に基づくグループ化と各タイプの微生物における分散性.
CpkA、CpkB と相同な配列を有するものをそれぞれ A タイプ、B タイプとし、両者と異なるものを C タイプとした。各タイプの分散性はそれぞれの遺伝子オルソログの数で表示している。丸で囲んだ数字はそれぞれの生物の生育温度を示す。
４．低温誘導性分子シャペロニンは、超好熱菌の低温での生育を可能にする？
A タイプの分子シャペロニンである CpkA を、より低温で機能するように変異させると、超好熱菌の生育温度範囲はどのように変化するであろうか。
CpkA の ATPase 活性は 60℃から 70℃で最大値を示
すが、530 番目のグルタミン酸をグリシンに置換する変異（CpkA-E530G）で、50℃での活性が約 2 倍に向上する 6)。アンフォールドさせた Tk-TrpC に対し、分子シャペロニンを加え、リフォールディング
効率への影響を比べたところ、60℃でのリフォール
ディングでは野生型 CpkA と CpkA-E530G は同程度の促進効果だったが、50℃では CpkA-E530G の促進効果は向上した。この変異（cpkA-E530G）を導入した T. kodakaraensis DA4 株は、50℃で親株よりも優位に増殖するようになった 6)。この結果は、分子シャ
ペロニン上の点変異で、超好熱菌が低温適応したことを示す。親株 KU216 株と DA4 株を様々な割合で67

混合し、50℃で培養すると、いずれの混合比でもDA4 の占める割合が高くなる（図５）。特に DA4 株
が KU216 株に対し、わずか 0.01%しか含まれていない環境（KU216 株：DT4 株が 104:1）でも、50℃で継代培養を繰り返すと、DA4 が優位に生き残ってくる。この実験は自然界で起こり得ることを模している。例えば高温環境に安住している超好熱菌が、浮遊して低い温度の環境に置かれたとき、E530G 変異のようにシャペロニンがより低い温度で機能するような変異が入ると、この変異体は極めて有利に生育できるようになるということである。シャペロニン
が機能することで、酵素によっては基質特異性が影響を受けると考えられる。実際、GroEL を用いた研究で、シャペロニンの高発現で酵素の基質特異性が変わるという報告もある 14)。超好熱菌は低温環境に適応するために、高温誘導型シャペロニンとは異なる低温誘導型のシャペロニンをパラログとして派生
させ、低温変性しやすいタンパク質分子集団（酵素）Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)図５. KU216 株及び DA4 株の混合培養.
KU216 株（pyrF）と DA4 株（pyrF cpkA-E530G）を別々に 85℃で培養後、様々な割合で混合し、50℃で 2 日間培養した。増殖した細胞を新しい培地に植継ぎ、さらに 50℃で 2 日間培養する。増殖した細胞を固形培地に塗布し、85℃で培養し、出現したコロニーの遺伝子型を検出した。黒塗り、白塗りのバーは、それぞれ DA4、
KU216 の割合を示す。
の機能回復をはかりつつ生き残ったのであろう。構造のゆらいだ酵素分子は、基質特異性を曖昧にしながら、結果として多様性を獲得していったに違いない。
おわりに最近の分子系統解析では、生命の共通の起源(Last
Universal Common Ancestor, LUCA)は、58から78℃の温度で誕生し、アーキアとバクテリアの祖先に分かれた後に、環境に適応したとする解釈もある15)。
生命の単一起源は、超好熱菌と考える従来の考え方とは異なるものだが、いずれの場合でも低温環境への適応が、多様性獲得と密接に関わっていたように思える。超好熱菌の低温適応には、常温で生きる微68

生物の低温適応とは異なる意義があるように感じる。
超好熱菌の低温適応実験から、生物進化、特に多様性獲得を考える知見が得られると興味深い。今回、遺伝子の低温誘導機構、分子シャペロニンの機能を中心に紹介させていただいたが、他にも膜構造の変化、核酸のトポロジー変化など、興味深い報告が多数ある。現在は、オミックス解析の結果が、研究者間で共有できるようになっている。異なる分野の研究者が、超好熱菌の低温適応に関するデータを分析することで、視点を変えた新しい解釈が行われるのではなかろうか。極限環境生物の研究に携わる多くの方に超好熱菌の低温適応への関心を持っていただ
ければ幸甚である。

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)【謝辞】
本研究は日本学術振興会・科学研究費助成事業・基盤研究（B）「超好熱菌の低温適応に関する包括的理解（26292045）」による助成を受けて行われました。

7)

8)【引用文献】
1) Fujiwara, S., Aki, R., Yoshida, M., Higashibata, H.,
Imanaka, T., and Fukuda, W. 2008. Expression
profiles and physiological roles of two types ofmolecular chaperonins from the hyperthermophilicarchaeon, Thermococcus kodakarensis. Appl.
Environ. Microbiol., 74: 7306~7312.
2) 藤原伸介, 高楽. 2012. 好熱菌研究のいま：高温適応から低温適応へ. 日本生物工学会誌, 90:
701~7053) 藤原伸介. 2014. 超好熱性アーキアの低温誘導性遺伝子に見出された新しい調節配列．化学と生物, 56: 714~715.
4) Fukui, T., Atomi, H., Kanai, T., Matsui, R.,
Fujiwara, S., and Imanaka, T. 2005. Complete
genome sequence of the hyperthermophilicarchaeon Thermococcus kodakarensis KOD1 andcomparison with Pyrococcus genomes. GenomeRes., 15: 352~363.
5) Gao, L., Danno, A., Fujii, S., Fukuda, W., Imanaka,T., and Fujiwara, S. 2012. Indole-3-glycerolphosphate synthase is recognized by a coldinducible group II chaperonin in Thermococcus
kodakarensis.
Appl. Environ. Microbiol., 78:
3806~3815.
6) Gao, L., Imanaka, T., and Fujiwara, S. 2015. A
mutant chaperonin that is functional at lower
temperatures enables hyperthermophilic archaea togrow under cold-stress conditions. J. Bacteriol., 197:
2642~2652.

69

9)

10)

11)

12)

13)
14)

Groussin, M. and Gouy, M. 2011. Adaptation toenvironmental temperature is a major determinantof molecular evolutionary rates in archaea. Mol.
Biol. Evol., 28: 2661~2674 (2011).
Matsuno, Y., Sugai, A., Higashibata, H., Fukuda, W.,
Ueda, K., Uda, I., Sato, I., Itoh, T., Imanaka, T.,and
Fujiwara, S. 2009. Effect of growth temperature andgrowth phase on lipid composition of archaeal
membrane from Thermococcus kodakarensis.
Biosci. Biotechnol. Biochem.73: 104~108
Nagaoka, E., Hidese, R., Imanaka, T., and Fujiwara,
S. 2013. Importance and determinants of inductionof cold-induced DEAD RNA helicase in thehyperthermophilicarchaeon
Thermococcus
kodakarensis. J. Bacteriol., 195: 3442~3450.
Okada, K., Hidese, R., Fukuda, W., Niitsu, M.,
Takao, K., Horai, Y., Umezawa, N., Higuchi, T.,
Oshima, T., Yoshikawa, Y., Imanaka, T., andFujiwara,S. 2014. Identification of a novel
aminopropyltransferase involved in the synthesis ofbranched-chain polyamines in hyperthermophiles. J.
Bacteriol., 196: 1866~1876.
Santangelo, T.J., Cubonová, L., Skinner, K.M., andReeve, J.N. 2009. Archaeal intrinsic transcription
termination in vivo. J. Bacteriol., 191: 7102~7108.
Shimada, Y., Fukuda, W., Akada, Y., Ishida, M.,
Nakayama, J., Imanaka, T., and Fujiwara, S. 2009.
Property of cold inducible DEAD-box RNA
helicase in hyperthermophilic archaea. Biochem.
Biophys. Res. Commun., 389: 622~627.
Thieringer, H.A., Jones, P.G., and Inouye, M. 1998.
Cold shock and adaptation. Bioessay, 20: 49~57.
Tokuriki, N. and Tawfik, D.S. 2009. Chaperoninoverexpression promotes genetic variation andenzyme evolution. Nature, 459: 668~673.

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14, 70-77

MINI REVIEWShinozaki K

Gene network in abiotic stress responses and tolerance
植物の環境ストレス応答・耐性獲得の遺伝子ネットワーク
国立研究開発法人・理化学研究所

環境資源科学研究センター
篠崎 一雄

RIKEN, Center for Sustainable Resource Science, 1-7-22 Suehiro-cho, Tsurumi-ku, Yokohama, Kanagawa 230-0045
Japan
Corresponding author: Kazuo Shinozaki, kazuo.shinozaki@riken.jp
Phone: +81-45-503-9579; Fax: +81-45-503-9580
Received: Oct. 28, 2015 / Accepted: Dec. 21, 2015
Abstract Environmental stresses, such as drought, coldand heat, have negative effects on plant growth. Plants
have evolved to obtain sophisticated systems to respondand adapt to environmental stresses. Many plant genes
with various functions are induced in response toenvironmental stresses, and their gene products function
in stress tolerance. Plant hormone abscisic acid (ABA)
plays important roles in environmental stress responses
and adaptation. ABA is important for stomata closure andinduction of stress genes under abiotic stress conditions.
In environmental stress responses of plants, we haveshown the existence of both ABA-dependent andABA-independent regulatory systems in stressresponsive gene expression, and crosstalk in responses todrought, cold, heat and high salinity. Recently, regulatory
systems in ABA responses including biosynthesis,
metabolism, signal transduction, and transport have been
extensively analyzed to identify key regulators in theseprocesses. Moreover, many stress-inducible genes areused for the improvement of stress tolerance byoverexpression. These genes are useful for molecular
breeding of drought tolerance in transgenic crops andvegetables.
Key words: Plant gene expression, Environmental stress,
drought stress, abscisic acid, signal transduction
キーワード：植物遺伝子発現、環境応答、乾燥スト
レス、アブシジン酸、シグナル伝達

70

乾燥、低温、高温など多様な外界の環境ストレス
は植物の生長に大きな影響を与えている。環境スト
レスに応答して多くの植物遺伝子が発現誘導されて、それらの遺伝子産物の働きによりストレス耐性を獲得する。環境ストレス応答と耐性の獲得に植物ホル
モンのアブシジン酸（ABA）が重要な役割を果たしていることが知られている。ABA は気孔の閉鎖等の生理的応答に加えてストレス関連遺伝子の発現誘導に関する重要な役割が明らかになった。また、低温や塩や高温等のストレスに応答した制御系と複雑にク
ロストークしていること、ストレス応答では ABA を介した場合と ABA を介さない転写制御系があることを示した。最近、ABA による細胞内シグナル伝達機
構や ABA の輸送に関わるトランスポーターの研究が進み、組織間の ABA 応答のメカニズムが明らかになった。環境ストレス応答や耐性獲得に働く様々な遺伝子がシロイヌナズナで明らかにされており、これらの遺伝子を作物に導入して乾燥耐性を付与する事が出来れば旱魃に対抗できる乾燥耐性の育種に貢献することが期待されている。
植物の環境ストレス応答
植物は根を下ろして生長するので移動できない。
そのため四季の環境の変化、１日の環境変化などに適応して生長している。昼夜の温度差、乾季の土の水分不足、日中の強い光など厳しい環境に対応する
ため進化の過程で様々な生存戦略を獲得している。
動物と異なり動きの少ない植物であるが、乾燥、高Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)温、低温、強光などの環境ストレスに対抗して逞しく生長して、種子を作り、後代を残す。環境ストレスの中でも特に乾燥による水分欠乏は植物の生長に大きな影響を与える。植物が水分の欠乏状態になると、生長が止まり、光合成の効率も低下する。さらに乾燥が進むと植物ホルモンのアブシジン酸（ABA）が合成されて葉の気孔が閉じることで水分の蒸散が抑えられる。さらに乾燥が進むと植物細胞を水分欠失から守るために適合溶質や細胞を保護するためのストレスタンパク質が蓄積する。このような生理応
答や植物ホルモンの機能解析が進められてきた ９)。
植物の環境ストレス応答、とくに乾燥ストレス応
答に関わる遺伝子の機能と発現制御に関して解析することで複雑な植物の環境ストレス応答に関わる遺伝子とその制御に関する全体像を理解することを目的に研究を進めた。また、移動の自由がない植物が、どのように外部の環境変化や環境ストレスに応答して分子レベル、細胞レベルで耐性を獲得するのかを解明することで環境変動に対応する植物の生存戦略を理解することになると考えた。実験材料としては、モデル植物のArabidopsis thaliana（シロイヌナズナ）を用いて分子生物学、ゲノム解析の方法を利用して植物の環境ストレス応答システムの全体像の解明を目指した９、１５）。本ミニレビューでは、私たちのグループの成果を中心に、話題を絞って乾燥ストレス
応答と耐性の獲得に関する遺伝子機能と制御ネット
ワークを中心に紹介する。なお、引用文献に関しては総説を中心にして、重要な発見に関しては原著論文を引用したことを付記したい。
環境ストレス応答により誘導される遺伝子の探索
私たちのグループでは、環境ストレスとして乾燥
ストレスを取り上げ、乾燥処理によって誘導される遺伝子の探索を行った。多くのストレス誘導性遺伝子の探索と収集を進めた。まず、環境ストレスによりmRNAが増加する遺伝子のクローニングにはディ
ファレンシャルスクリーニング法を用いて乾燥スト
レスによって誘導される遺伝子を多数クローニング
した。また、転写因子やプロテインキナーゼなどのシグナル伝達に関わる因子の相同遺伝子探索のためにPCR法を用いた。これらの方法を用いて多くの乾燥ストレス誘導性遺伝子をクローニングした。クローニングできた遺伝子のストレス条件での発現パターンや遺伝子構造解析を進めた。環境ストレス耐性に獲得に関わる機能因子の遺伝子と乾燥ストレス応
答に関わる転写因子等の制御因子の遺伝子が見いだされた。
１９９０年代のマイクロアレイ法の開発により多くの遺伝子の発現が同時に解析できるようになった。
私のグループでは、関らが中心になって収集したシロイヌナズナの完全長cDNAを用いて自作のマイクロアレイを作製して、初めて環境ストレス誘導性遺伝子の探索と様々な環境ストレスによる発現レベルを解析した。マイクロアレイ解析により、千をこえる多くの遺伝子が環境ストレスに応答して転写レベルで誘導されることを２０００年代初期に明らかにした。その後、DNAシークセンサーの驚異的な進歩
で転写産物の解析法も一新した。RNA sequencingの発達によりmRNAだけでなくnon coding RNA等いろ
いろなストレス誘導性の転写産物が同定されている（図1）１）。
多くの環境ストレス誘導性遺伝子が同定されたが、そのストレス耐性における機能に関しては個別にシロイヌナズナに遺伝子導入して植物のストレス耐性の評価を行うことで、実際に数多くの遺伝子が乾燥や低温などのストレス耐性の獲得に関与していることを明らかになった。さらに、クローニングした遺伝子の中にはイネやコムギなどに遺伝子導入して乾燥耐性の付与に利用できることを示した。

図１. 乾燥ストレスにより誘導される遺伝子産物の機能
乾燥ストレスにより数千の植物遺伝子が誘導される。それらの遺伝子は、ストレス耐性の獲得に関わる機能性因
子と、ストレス応答に関わる転写因子、
シグナル伝達因子、植物ホルモン制御等に関わる制御因子に分類される。これらの遺伝子の協調的な働きにより環境ストレスに応答して耐性を獲得する。

71Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)環境ストレス応答における遺伝子発現の解析
環境ストレス誘導性遺伝子の発現に関してRNA
ブロットハイブリダイゼーション法を用いて調べると乾燥、低温、高温、高塩などのストレスに対する発現プロファイルが異なっていた。また、環境スト
レス応答に重要な役割を果たしている植物ホルモン
アブシシン酸（ABA）によって誘導される遺伝子が多いが、ABAによらずに環境ストレスにより誘導される遺伝子が多数存在することに気がついた。乾燥や低温などの環境ストレスにより誘導される遺伝子の転写制御領域であるプロモーターを精密に解析して、乾燥ストレス誘導に関する主要なシス因子DRE(Dehydration Responsive Element)を発見した。さらに
酵母のワンハイブリッド法を用いて、DREに結合して転写誘導するDREB (DRE Binding Protein) 転写因子を同定した（図２）４、６、１４）。ABAによる誘導に関わるシス因子ABRE (ABA Responsive Element)とそれに結合するAREB転写因子の同定など乾燥や低温に関する遺伝子発現の主要な経路の決定することにも成功した(2, 3)。 ABA依存的な制御系とABA非依存的な制御系の両方の経路があることが始めて示された。これらの先駆的な仕事は私たちのグループと篠崎和子（東大・農学生命）との共同で進められ、ストレス応答の転写制御に関する論文は広く引用されている。
動物や微生物遺伝子の配列をもとにPCR法を用いてストレス処理した植物から作製したライブラリー
をスクリーニングすることで、ストレス誘導性の転写因子、シグナル伝達因子の遺伝子を多数同定した。
それらの制御因子の機能解析を進め多くの遺伝子が実際にストレス時の転写制御やシグナル伝達に関わっていることを示した。植物は環境の変化に転写レベルで応答して耐性の獲得と同時にシグナル伝達や転写などの細胞応答の制御の仕組みも変化させて複雑な環境変化に対応して適応していることが明らかになった １０)。
これらの遺伝子を用いて環境ストレス応答に関する転写制御の遺伝子ネットワークの解析を進めて、DRE/DREB転写システム、ABRE/AREB転写システ
ム以外に多くの転写因子が複雑にかかわり合って、複雑な外部環境の変化や厳しい環境ストレスに対応していると考えられる １．１５)。

図２．乾燥ストレスによる転写誘導の制御に関わるプロモーターのシス因子と転写因子
乾燥ストレスによる遺伝子の転写制御に関して、ABAによる転写誘導に関わるシス因子ABREとその制御に関わる転写因子AREBを明らかにした。また、ABAに非依存的な転写誘導に関わるシス因子DREとその制御に関わる転写因子DREBを同定して、乾燥等の環境ストレス応答に関わる主要な転写制御ネットワークを解明した。
この図はそれらの因子の重要性を簡略化して示した。

72

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)環境ストレス条件での植物ホルモンABAの制御
アブシジン酸（ABA）は環境ストレスの応答と適応で中心的な役割を果たす植物ホルモンとして多くの研究者によって研究が進められている。ABAのホメオ
スタシスは細胞レベル、あるいは組織間でいろいろな段階で制御されている。すなわち、ABAの合成、分解による量的な制御、ABAの組織間の輸送による情報
伝達、そしてABAシグナルの受容から遺伝子応答や生理応答に至るシグナル伝達による制御、そしてABAによる遺伝子発現制御や生理応答等のいろいろなレ
ベルでの制御がある。また他のホルモンとのクロス
トークもあり環境ストレス応答において複雑な制御を行っている（図３）１、１５)。
環境ストレス応答に関するABAの合成や分解に関する代謝経路と関連する酵素遺伝子は、シロイヌナ

ズナの変異体を用いた解析でほぼ解明された。私たちのグループでは、井内が乾燥ストレス応答に関わるABA合成の鍵酵素 9-cis epoxycarotenoid
dioxygenaseの遺伝子NCED3が乾燥ストレスで強く誘導されることを見いだした。また、私たちのグループと南原英司グループ（現トロント大）の共同で乾燥後の給水処理によりABA分解に関わるキー酵素
8’hydroxylaseの遺伝子CYP707A3が誘導されることを示した。このように乾燥ストレス応答とストレスからの回復にはABAの合成と分解のキー酵素の遺伝子が転写レベルで制御を受けていることを明らかにした １)。ABAレベルの制御に関しては、修飾による不活性化と脱修飾による活性化の経路があることも分かっている。このようにABAのホメオスタシスには多様な制御がなされていることが明らかになった。

図３．植物ホルモンABAの制御の分子メカニズム
ABAの合成と分解の制御、ABAの受容に始まる細胞内シグナル伝達、そしてABAによる遺伝子発現制御、および気孔閉鎖等の生理応答に関して模式図で示した。ABAの制御に関する主要な責任遺伝子が解明された。

73

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)植物ホルモンABAの細胞内シグナル伝達系の解析
細胞内のABAのシグナル伝達系に関しては、ABAの感受性、ABAの非感受性の変異体の解析を中心に展開した。ABA insensitive 1 (ABI1)の変異体の遺伝子が単離され、タンパク質脱リン酸化酵素２C（プロテインホスファターゼ２C）であることが示された．このことからABAのシグナル伝達にはタンパク質の脱リン酸化が重要であることが明らかになった。私たちのグループでは、吉田らがABAや乾燥ストレスにより活性化されるプロテインキナーゼSnRK2E(SNF1
related protein kinase 2E)を明らかにした。この遺伝子は浸透圧応答の変異体の遺伝子OST1(OpenStomata 1)と同じ遺伝子であることが示された。また、ABI1プロテインフォスファターゼとSnRK2E/OST1は相互作用していることも明らかになった１、１５)。
もっとも重要なABA受容体の発見に関しては多くの間違った報告があり混乱したが、2009年に主要なABAの受容体が発見された。そのABA受容体は細胞質や核内に存在するSTARTドメインをもつ可溶性のタンパ
ク質PYR/PYL/RCARであり、膜タンパク質ではなかった。このPYR/PYL/RCAR遺伝子は、Cutlerらがケミカ
ルライブラリーをスクリーニングして得られたABA応答に関わる化合物Pyrabactinに耐性の変異体の原因遺伝子として同定された８）。また、GrillとSchroederのグループではタンパク質脱リン酸化酵
素PP2CのABI1と相互作用するタンパク質としてABA
受容体のPYR/PYL/RCARを同定した ７、８)。同定されたABA受容体はABAシグナル伝達系の主要な因子と相互作用することからABAの受容からシグナル伝達、そして遺伝子発現の分子機構が詳細に明らかになった
１１、１２)。
私たちのグループではABAによって活性化される
SnRK2プロテインキナーゼはABAによる遺伝子発現の主要な転写因子のAREBをリン酸化して活性化すること、タンパク質脱リン酸化酵素PP2Cが相互作用することを明らかにした。さらに、SnRK2の３重変異体（srk2D, srk2E,srk2i）が強いABA非感受性を示すことからSnRK2がABA受容体の下流で働く主要なプロテインキナーゼであることを明らかにした。
PYR/PYL/RCARがABA受容体であること、ABAが存在す
ると脱リン酸化酵素ABI1 PP2Cに結合して活性を抑制することがわかるとABAのシグナル伝達系の全体像が明らかになった１、１１、１２)。ABAの受容から遺伝子発現に至るシグナル伝達経路に関して簡単にまとめると以下のようになる（図４）。ABAがPYR/PYL/RCAR
受容体に結合すると、ABA-受容体複合体がPP2Cに結合できるようになり、PP2Cの活性が抑制される。次に、PP2Cによって抑制されていたSnRK2が活性化されて、AREB/ABF転写因子をリン酸化して下流のABA誘導性遺伝子の発現を活性化する １２、１３)。さらにリン酸化によりイオンチャンネルタンパク質SLAC1を活性化して気孔を閉鎖する １１)。ABAとPYR/PYL/RCAR
受容体複合体やABA-受容体とPP2Cの結合した複合体の結晶構造も解明されてABAシグナル伝達の分子機構がタンパク質の立体構造レベルで解明された。
図４．ABAの受容と細胞内シグナル伝達シ
ステムの解明乾燥ストレスのない正常な生育条件では、ABAが作られず、PP2CホスファターゼがSnRK2キナーゼを脱リン酸化による不活性化している。そのため下流ストレス応答は起きない。しかし、乾燥ストレス条件下でABAが生合成されて蓄積するとABA受容体PYR/PYL/RCARに結合して、その複合体がPP2Cホスファターゼに結合して不活性化する。PP2Cが不活性化すると、抑制されていたSnRK2キナーゼが活性化して下流の標的タンパク質をリン酸化して活性化する。標的タンパク質にはABA誘導性遺伝子の転写誘導に関わる転写因子AREBや気孔の閉鎖に重要な役割を果たすアニオンチャ
ンネルがあり、リン酸化により活性化されて下流の環境ストレス応答や耐性獲得を引き起こす。また、ABA-PYR-PP2Cのタンパ
ク質複合体の構造は結晶構造の解析により2009年に決定した。図中の＊印は活性化さ
れた因子

74

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)植物ホルモンABAの器官間輸送
環境ストレスによりABA合成に関わる主要な遺伝子が維管束で発現することから、ABAは維管束の細胞でつくられ、アポプラストに排出され輸送されて気孔を閉鎖すると考えられる。他に気孔で作られるABAもあり気孔の閉鎖に関わっていることも報告されている。私たちのグループでは、Dsタグラインのスク
リーニングにより単離されたABA感受性の変異体の原因遺伝子がAtABCG25遺伝子であることを見いだした。AtABCG25タンパク質は、細胞内から細胞外へのABAの輸送を担うATP Binding Cassette transporter(ABC transporter)ファミリーのトランスポーターであることを示した。葉や根の維管束周辺の師部伴細胞の細胞膜に局在する。昆虫の培養細胞の生体膜の実験系で解析すると細胞外へABAを排出する輸送活性があることが明らかになった ５)。 さらに気孔の孔辺細胞にABAを取り込むトランスポーターも、
PNASの同じ号に同時にLeeのグループがAtABCG40であること報告した２)。また、瀬尾らは硝酸トランス
ポーターファミリーのNRT1.2もABAを細胞内に取り込む輸送活性があることを３)、黒森らはAtABCG22が気孔でABAの応答に関わることを、遺伝子破壊変異体を用いて明らかにした。従ってABAを輸送するいろいろなタイプのトランスポーターがあり、ABAの細胞間の移動を調節していると考えられる（図５）１２)。

図５．ABAの維管束での生合成と気孔への輸送
ABAの生合成に関わる主要な遺伝子は主に維管束で発現することからABAは維管束で作られて輸送されて気孔閉鎖に働くと考えられる。ABAの維管束からの輸送に関わると考えられるABCトランスポーターの
AtABCG25は、維管束で作られたABAのアポプラストへの排出に関わると考えられる。さらに気孔でABAの取り込みに働くと考えられるAtABCG40が同定された。ABAトランスポーターは他にも報告があり、細胞間での輸送に関わる複雑な輸送システムがあると考えられる。

75

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)乾燥耐性の作物の分子育種への応用
地球温暖化や異常気象による旱魃などで作物の生産は大きな影響を受けている。シロイヌナズナの乾燥ストレス応答や耐性獲得に関わる遺伝子を利用して乾燥耐性の作物に応用するための応用研究を進んでいる １０)。私たちのグループでは、乾燥耐性の作
物の開発を目指した農水省の国際共同研究「DREB 遺伝子等を活用した環境ストレスに強い作物の開発」に参加して2007年から進めている。国際農林水産業
研究センターが代表機関（篠崎和子、中島一雄ら）
で、理研、メキシコの国際トウモロコシ・小麦改良センター、フィリピンの国際稲研究所、コロンビアの国際熱帯農業センターが連携して進めている。これまで同定した乾燥応答性遺伝子の内でシロイヌナ
ズナに乾燥耐性を付与することに成功している遺伝子を用いてイネやコムギに形質転換して、温室と圃場で栽培して乾燥耐性、乾燥条件での収量などを評価する計画で進めている。DREB遺伝子やAREB遺伝子などの転写因子、耐性に関わる適合溶質の合成酵素
遺伝子（ガラクティノール合成酵素など）などの遺伝子コンストラクトをイネ やコムギに遺伝子導入
し、圃場栽培してストレス耐性や収量を解析している。実際の乾燥地域の圃場でも乾燥耐性の形質や収量の増加する系統が選抜されている。圃場での試験は、毎年条件も異なることから数年にわたって再現性を検定している。今後、世界の人口増加、温暖化の進行による耕作地の劣化等課題が多く、乾燥耐性の穀物や野菜の開発は今後の食料問題の解決に重要な技術開発として期待されている。
今後の課題
アジアやアフリカの発展に伴い世界人口と中産階級の割合が急速に増加しており、現在の約70億人の世界の人口は2050年には90億人をこえると予想されており農作物の増産は重要な課題となりつつある。
また、温暖化による気候変動の作物生産への影響は深刻化している。今後は、基礎から応用展開に向けての研究開発の流れの中で環境ストレス耐性の作物開発の技術的な革新が進むと考えられる。モデル植物で得られた成果を利用して環境ストレス条件下でも収量の高い作物の開発を目指した研究が展開されている。また、水利用効率の高い作物の開発も進められている。モデル植物を利用した基礎研究と作物を用いた応用研究の相互の成果の利用が今後の発展につながると考えている。

76

謝辞
本研究は１９８９年に開始した理化学研究所のつくばと横浜の私の研究室の現在と過去のメンバーの大きな貢献で発展したこと、さらに東京大学の篠崎和子教授、国際農林水産研究センターの中島一雄博士のグループとの共同研究で大きな成果が上げられたことを付記して感謝したい。
本研究は、文科省科学研究費補助費、農林水産業・食品産業科学技術研究推進事業、農水省委託費などの援助で遂行された。
引用文献
1) Hirayama, T., and Shinozaki, K. 2010. Research on
plant abiotic stress responses in the post-genome era:past, present and future. Plant J. 61: 1041–1052.
2) Kang, J., Hwang, J.U., Lee, M., Kim, Y.Y., Assmann,
S.M., Martinoia, E., Lee, Y. 2010. PDR-type ABCtransporter mediates cellular uptake of thephytohormone abscisic acid. Proc. Natl. Acad. Sci.
USA. 2: 107:2355-60.
3) Kanno, Y., Hanada, A., Chiba, Y., Ichikawa, T.,
Nakazawa, M., Matsui, M., Koshiba, T., Kamiya, Y.,
Seo, M. 2012. Identification of an abscisic acidtransporter by functional screening using the receptor
complex as a sensor. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 12:
109:9653-8.
4) Kasuga, M., Liu, Q., Miura, S., Yamaguchi-Shinozaki,
K., and Shinozaki K. 1999. Improving plant drought,
salt, and freezing tolerance by gene transfer of asingle stress-inducible transcription factor. Nat.
Biotechnol.17: 287-91
5) Kuromori, T., Miyaji, T., Yabuuchi, H., Shimizu, H.,
Sugimoto, E., Kamiya, A., Moriyama Y., andShinozaki, K. 2010. ABC transporter AtABCG25 isinvolved in abscisic acid transport and responses.
Proc. Nat. Acad. Sci. 107: 2361-2366.
6) Liu Q., Kasuga M., Sakuma Y., Abe H., Miura S.,
Yamaguchi-Shinozaki K. and Shinozaki K. 1998.
Two transcription factors, DREB1 and DREB2, with
an EREBP/AP2 DNA binding domain separate two
cellular signal transduction pathways in drought- andlow- temperature-responsive gene expression,respectively, in Arabidopsis, Plant Cell, 10:1391-1406.
7) Ma, Y., Szostkiewicz, I., Korte, A., Moes, D., Yang,
Y., Christmann, A., and Grill, E. 2009. Regulators of
PP2C phosphatase activity function as abscisic acid

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)sensors. Science 22: 324:1064-8.
8) Park, S.Y., Fung, P., Nishimura, N., Jensen, D.R.,
Fujii, H., Zhao, Y., Lumba, S., Santiago, J.,
Rodrigues, A., Chow, T.F., Alfred, S.E., Bonetta, D.,
Finkelstein, R., Provart, N.J., Desveaux, D.,
Rodriguez, P.L., McCourt, P., Zhu, J.K. Schroeder,
J.I., Volkman, B.F., and Cutler, S.R. 2009. Abscisicacid inhibits type 2C protein phosphatases via the
PYR/PYL family of START proteins. Science. 22
324:1068-71.
9) Shinozaki, K., and Yamaguchi-Shinozaki, K. 1997.
Gene Expression and Signal Transduction in
Water-Stress Response. Plant Physiol. 115: 327-334.
10) Umezawa,T.,Fujita,M.,
Fujita,Y.,
Yamaguchi-Shinozaki, K., and Shinozaki K. 2006.

12) Umezawa, T., Sugiyama, N., Mizoguchi, M., Hayashi,S., Myouga, F., Yamaguchi-Shinozaki, K., Ishihama,Y., Hirayama, T., and Shinozaki, K. 2009. Type 2C
protein phosphatases directly regulate abscisic
acid-activated protein kinases in Arabidopsis. Proc.
Nat. Acad. Sci. 106: 17588-17593.
13) Umezawa, T., Sugiyama, N., Takahashi, F., Anderson,
J.C., Ishihama, Y., Peck, S.C., Shinozaki, K. 2013.
Genetics and phosphoproteomics reveal a protein
phosphorylation network in the abscisic acidsignaling pathway in Arabidopsis thaliana. Sci. Signal.
9: 6(270):rs8.
14) Yamaguchi-Shinozaki, K., and Shinozaki, K. 1994. A
novel cis-acting element in an Arabidopsis gene isinvolved
inresponsivenesstodrought,

Engineering drought tolerance in plants: discoveringand tailoring genes to unlock the future. Curr. Opin.
Biotechnol. 17: 113-22.
11) Umezawa, T., Nakashima, K., Miyakawa, T.,
Kuromori, T., Tanokura, M. et al. Molecular Basis of
the Core Regulatory Network in ABA Responses:
Sensing, Signaling and Transport. Plant Cell Physiol.
51, 1821-1839 (2010)

low-temperature, or high-salt stress. Plant Cell 6:
251-64.
15) Yamaguchi-Shinozaki, K., and Shinozaki, K.
Transcriptional regulatory networks in cellularresponses and tolerance to dehydration and cold
stresses. 2006. Annu. Rev. Plant Biol. 57: 781-803.

77

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14, 78-88

MINI REVIEW

Okamoto Ma,b and Mega Ra

Physiological action and application of abscisic acid, which controls drought
stress response in plants
植物の乾燥ストレス応答を制御するアブシジン酸の働きとその応用
aab

鳥取大学・乾燥地研究センターb
科学技術振興機構・さきがけ
岡本 昌憲 a,b、妻鹿 良亮 a

Arid Land Research Center, Tottori University, 1390 Hamasaka, Tottori 680-0001, Japan
PRESTO, Japan Science and Technology Agency, 4-1-8, Honcho, Kawaguchi-shi, Saitama 332-0012, Japan

Corresponding author: Masanori Okamoto, okamo@alrc.tottori-u.ac.jp
Phone/Fax: +81-857-21-7283
Received: Nov. 4, 2015 / Accepted: Dec. 24, 2015
Abstract
Higher plants are sessile organisms.
Therefore, even if environments surrounding plants werechanged to unfavorite condition, plants are not able tomove to optimal place. Thereby, plants have defense
system against multiple environmental stresses. Abscisicacid (ABA) is one of plant hormones, which are
distributed across higher plant species and is known as a
key small molecule for drought stress tolerance andinduction of seed dormancy. Both ABA-deficient and-insensitive mutants show wilty phenotype, whereas
ABA-over-accumulation and -hypersensitive mutants
have drought stress tolerance. Additionally, when ABA
action is drastically reduced during seed maturation,
seeds germinate on mother plants. Although it appears
that early germination is good trait for plant, seeds must
keep dormancy under unfavorite condition until optimal
environment comes for plant growth. Thus, ABA isthought to be an indispensable molecule for successfulprosperity of plants in land. Here, this review describes
current ABA metabolic regulation and signaltransduction controlling ABA action and introduces
applied research examples toward agriculture
Key words: plant hormone, abscisic acid, drought stress,
stomata, seed dormancy and germination

78

キーワード：植物ホルモン、アブシジン酸、乾燥ス
トレス、気孔応答、種子休眠と発芽初めに
高等植物は動物と異なり種子が発芽して大地に根を張ってしまうと環境が悪化しても異なる場所へ移動することができない。そのため、植物は多様な環
境ストレスに対する防御システムを備えている。植物の乾燥ストレス耐性に重要な役割を果たす低分子
有機化合物のアブシジン酸(ABA)は植物ホルモンとして知られ、陸上植物に共通に存在する(図 1)。ABAを合成できないあるいは ABA 感受性が極端に低下した変異株では乾燥ストレスに弱く、反対に ABAの作用が増加している変異株は乾燥ストレスに対する抵抗性が強い(図 1)。また、ABA 生理作用が極端に低下した変異株では、種子の休眠を維持することができない(図 1)。種子の発芽が早い形質は一般的に良い事のように思えるが、植物にとって不適切な環境(乾燥、高塩、高温など)では、ABA が種子を発芽しないように作用して、生育に適切な環境が訪れるまで種子を眠らせるようにしている。このような事から、ABA は植物が陸上で繁栄するための必須シグ
ナル分子としての役割を果たしてきたと考えられる。
ここでは、ABA の生理現象を制御している ABA 量の調節機構とシグナル伝達の解説、さらに ABA の応用を見据えた研究事例を紹介する。

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)図 1. a) アブシジン酸(ABA)の化学構造。b) 野生株のトマト(左)。ABA を合成できないトマト変異株(右)は内生 ABA 量が低いために乾燥に弱い。c) シロイヌナズナ野生株の登熟した鞘と種子。d) シロイヌナズナの
ABA 感受性が極端に低下した変異株の登熟した鞘と種子。鞘の中で種子が発芽する胎生発芽が観察される。
植物上で発芽してしまった種子は、成長に充分な水を大気中から得る事ができないため、乾燥によって枯死してしまう。e) 乾燥ストレス後におけるシロイヌナズナ野生株(左)と ABA を多く蓄積する変異株(右)。ABAを多く蓄積するため、乾燥ストレス耐性が観察される。
1.アブシジン酸の量の制御と生理応答
植物の葉の表面に存在する小さな穴の気孔では、光合成時に必要な二酸化炭素や酸素のガス交換に加えて水の蒸散が行われる。植物体から蒸散する水の約 90%は気孔を通じて行われる。そのため、乾燥ス
トレス環境下では、気孔開口度を調節して蒸散量を抑え、植物体内の水の量を適切に保つような維持シ
ステムが作動する。一般的な植物にとって、大気中の相対湿度が適切に保たれた環境下においては、内生 ABA 量は低く保たれているが、乾燥ストレスを感受すると、内生 ABA 量は劇的に上昇し、気孔が閉鎖される。
ABA はカロテノイドを前駆体として合成され、生合成の律速酵素は 9-シス-エポキシカロテノイドジ
オキシゲナーゼ(NCED)であることが知られている(図 2)。一方、ABA を不活性化する酵素は、チトク
ロム P450 である CYP707A が不活性化の鍵酵素である(図 2)。生合成と不活性化酵素の制御バランスにより内生 ABA 量が規定されている 16)。シロイヌナズ
ナに乾燥ストレスを与えると、5 つの NCED 遺伝子のうち NCED3 の遺伝子発現が劇的に増加する(図3)13)。この増加に従い ABA 量は増えるが、ある一定の量になるとその量はプラトーに達して維持される。
プラトーに達する頃には、ABA の不活性化酵素
CYP707A の発現が増加してくるので、内生 ABA 量
79が増えすぎないような制御が働いていると思われる。
一方、乾燥に曝された植物が、ストレスから解放され再び水を得ると、植物が大量に蓄積しストレス防御に使ってきた ABA は不必要になる(図 3)。この時に、高い発現量を示していた NCED3 の遺伝子発現は急激に減少し、反対に CYP707A の遺伝子発現は急激に増加して、不必要になった ABA を速やかに減少させ、ABA は不活性型のファゼイン酸へと代謝される。ABA の内生量が減少することで、気孔が開
口し、正常に光合成が開始できるようになる。
種子の休眠は植物が最も耐性を示す防御システムの 1 つである。乾燥種子は、乾燥、低温、高温、紫外線など多様なストレスに耐えることが可能である。
シロイヌナズナ、トマト、イネ、コムギなどの種子は低温で発芽能力を数十年以上も維持する事が可能である。千葉県の泥炭層の中から発掘されたハスの種子は、2000 年以上前の古代種子だったにも関わらず発芽して大輪の花を咲かせたことから、種子が生命維持装置として極めて優れた器官であると言える。
乾燥種子には ABA が蓄積しており、種子が植物生育に適切な環境下(水、最適な温度、酸素、光など)におかれると、ABA 量は減少して種子が発芽するようになる。ABA の減少に先だって、ABA 不活性化
酵素 CYP707A の遺伝子発現誘導が起きる(図 4)13)。

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)シロイヌナズナでは、CYP707A のなかで A2 が優先的に増加する。この遺伝子を破壊した変異株は種子に多くの ABA 量を維持しており、高い種子休眠性を示す。一方、種子の吸水中に、途中で環境が悪化すれば、種子の ABA 量が増加して、種子は発芽す

ることを中断して、再び種子は休眠に入る。この場
合には、ABA 生合成遺伝子の NCED の発現誘導がおき、逆に CYP707A の発現が抑えられることで、種子の内生 ABA 量が保たれる 29)。

図 2. ABA は陸上植物に共通に存在している。ABA の前駆体は葉緑体で合成され、最終的に細胞質で ABA に変換される。生合成経路における律速酵素は NCED である。ABA はチトクロム P450 である CYP707A によって不活性化される。

図 3. シロイヌナズナ野生株における乾燥ストレス(赤)および乾燥ストレス後の再吸水(青)における ABA量(a),ABA 代謝物であるファゼイン酸量(b), ABA 生合成鍵酵素 NCED3(c)と ABA 不活性化鍵酵素 CYP707A1(c)の遺伝子発現変化。

80Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)図 4. a)シロイヌナズナ野生株の種子吸水過程における ABA 量および ABA 代謝物であるファゼイン酸(PA)とPA 代謝物であるジヒドロファゼイン酸(DPA)の変化。b) シロイヌナズナ野生株種子の吸水過程における
CYP707A の遺伝子発現変化。 c) シロイヌナズナ野生株(左)と CYP707A2 遺伝子破壊株（右）の種子発芽における表現型。cyp707a2 変異株は種子休眠性が強い。
2.アブシジン酸のシグナル制御
ABA は受容体によって認識された後、様々なシグナル伝達因子を介して ABA 応答が引き起こされる( 図 5) 。 ABA を 受 容 す る 受 容 体 は 、 START(Steroidogenic acute regulatory protein-related lipid
transfer)ドメイン・スーパーファミリーに属するタンパク質である 20)。START タンパク質の特徴として
低分子リガンドが結合するようなポケットが形成されており、ABA はこのポケットに入り込む(図 6)17)。
すると、ABA 受容体はポケット入り口の 2 つのルー
プを閉じ、ABA を包み込むような立体構造をとる。
ABA を包み込んだ受容体複合体は、ABA シグナル伝達系における負の制御タンパク質であるタンパク
質脱リン酸化酵素 2C (PP2C)と結合し、ABA 受容体のループが PP2C の活性部位をブロックするように挿入される(図 5 と 7) 14,15)。このようにして、PP2C

81の活性が ABA に依存して受容体タンパク質によって阻害される。タンパク質リン酸化酵素 である(SnRK2)は、ABA が存在しない状態では、PP2C によって活性が阻害されている(図 5 と 7)27)が、ABA 存
在下では ABA 受容体によって PP2C の活性が阻害されるために、SnRK2 は PP2C の制御から解放される。
このような状態において、SnRK2 の活性化ループの自己リン酸化によりリン酸化活性が回復する(図 5)。
活性化した SnRK2 は様々な標的タンパク質をリン酸化することで、ABA の生理作用を引き起こす。
ABA による気孔閉鎖には、SnRK2 による孔辺細胞の細胞膜に存在する陰イオンチャネル(SLAC1)のリン酸化による活性化が重要である 7,30)。活性化された SLAC1 は塩化物イオン(Cl-)を細胞外へ排出する。
さらに、SnRK2 はカリウムチャネル(KAT1)をリン酸化して、この場合 KAT1 の機能を阻害して、細胞内Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)にカリウムイオン(K+)の流入を阻害する 1,23)。SnRK2がこれらの 2 つのチャネルの機能を制御することで、
孔辺細胞内の膨圧を低下することで気孔が閉鎖する(図 5)。
その他、ABA は乾燥ストレス時における細胞のダ
メージを軽減・保護させるために、プロリンや糖などの適合溶質の蓄積、late embryogenesis abundant(LEA) タ ン パ ク 質 や ヒ ー ト シ ョ ッ ク タ ン パ ク 質(HSP)の誘導を引き起こす。これらの合成酵素やタンパク質をコードする遺伝子のプロモーター領域には、(PyACGTGG/TC) か ら 構 成 さ れ る シ ス 配 列 のABA-responsive element (ABRE)が存在する 5)。このシス配列に bZIP 型転写因子である ABRE 結合タンパ
ク質(AREB)や ABA insensitive 5 (ABI5)が結合する(図 5)。これらの転写因子が SnRK2 によりリン酸化
されることで、標的遺伝子の発現誘導を引き起こし、
植物のストレス耐性を付与する。

図 5. ABA シグナル伝達経路。ABA 受容体(PYR/PYL)、タンパク質脱リン酸化酵素 2C(PP2C)、タンパク質リ
ン酸化酵素(SnRK2)。活性化した SnRK2 は陰イオンチャネル(SLAC1)やカリウムチャネル(KAT1)をリン酸化し、孔辺細胞内のイオン濃度を変化させることで気孔の閉鎖を引き起こす。また、SnRK2 は ABA 応答性シス配列(ABRE)に結合している bZIP 型転写因子をリン酸化し、ストレス耐性に関わる LEA などの遺伝子発現を誘導する。

図 6. a) ABA が結合する前の ABA 受容体構造。b) ABA を包み込んだ ABA 受容体構造。

82

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)図 7. a) ABA 非存在下における PP2C よる SnRK2 の阻害様式。PP2C が SnRK2 の活性化ループ(青色部分)を捉えて、SnRK2 のリン酸化活性を阻害している。b) ABA を包み込んだ受容体複合体は PP2C の活性化部位に蓋をするように結合して、PP2C の活性を阻害する。
3.陸上植物の繁栄と ABA の関係
ABA は藍藻(Cyanobacteria)や緑藻(algae)にも存在が確認されている 9, 21)。また、藍藻や緑藻におけるABA の生理作用として、成長や分化の促進、細胞内でのイオン取り込み、ストレス抵抗性の遺伝子発現の変化などが報告されているが、これらの多くの報
告では生理学的な濃度を超えた高濃度の ABA を投与して観察されたものであり、藍藻や緑藻における真の ABA の生理作用は、現在のところ不明な状態にある 9)。ABA 生合成における鍵酵素 NCED と ABA
不活性化鍵酵素 CYP707A はモデル植物のシロイヌ
ナズナでは 5 つと 4 つの遺伝子がそれぞれゲノム上に保存されており、これらは環境変化や発生段階において巧みに使い分けられている(図 8)。NCED や

CYP707A の遺伝子ファミリーの形成が、他の高等植物でも共通に見られることから、陸上で多様な環境
シグナルに曝される植物が進化の過程で生存戦略のために遺伝子重複を起こし拡張させたと推測される
8,10)。また、ABA 受容体とその下流シグナル因子も同様に陸上の高等植物において遺伝子ファミリーを構成している。シロイヌナズナでは ABA 受容体は14 つの遺伝子によってコードされており、受容体の標的タンパク質の PP2C は 9 つの遺伝子がゲノム上にコードされている(図 8)。比較ゲノム解析から、
ABA 受容体は陸上植物から出現したとされ、ABA
シグナル伝達系の獲得が植物の陸上での繁栄に大きな役割を果たしたと推測される 10,21)。

図 8. コケ、シダ、シロイヌナズナ、イネ、ポプラにおける ABA 代謝鍵酵素遺伝子および ABA の中心シグナル伝達因子群の遺伝子の保存性。ゲノム上にコードされる遺伝子数を示してある。

83

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)4.アブシジン酸研究の応用事例①ABA 代謝あるいは受容体に関わる遺伝子を利用した事例
ABA の量を高めるあるいは ABA シグナル伝達を強化するような遺伝子操作を行った植物は、乾燥耐性や種子休眠性の向上などの表現型が現れる。ABA
代謝経路では NCED を過剰発現させることで、CYP707A の場合は遺伝子を破壊することで、乾燥ス
トレスに対して抵抗性を示す。また、ABA のシグナ
ル伝達経路においては、ABA 受容体、SnRK2 や
AREB 転写因子を過剰発現することでストレス耐性の表現型が現れる。ABA シグナルの負の制御因子
PP2C の場合は、遺伝子ファミリーを形成していることから複数の遺伝子をノックアウトすることでより効果的な乾燥耐性が現れる 6,24,26)。
遺伝子組換えによる方法でなく、分子育種によって、モデル植物で得られた知見を、実際の作物に応用する試みが徐々にではあるが進展してきている。
例えば、日本ではコムギの収穫時期が梅雨と重なる
ため、コムギの穂発芽が問題となっている。穂発芽した種子が数パーセントでも製粉に混入するだけで、コシがないうどんやラーメン、ふくらみが悪いパンなど広範囲にわたりコムギ製品の品質に影響する。
ABA 不活性化酵素 CYP707A が破壊されたコムギ系
統を自然変異集団から選抜し、穂発芽耐性を持つコムギが開発され、数年以内に市場に流通できる段階に至っている 2,3)。基礎研究で得られた知見を活用して、他の作物種においても ABA の特性を利用した
有用作物の開発が今後も進むと予想される。
②ABA 代謝あるいは受容体に作用する化合物を利用した事例
タネなしブドウや作物の病害抵抗性、野菜や果実の老化防止など様々な植物ホルモンの作用を制御する化合物が農業市場で利用されている。ABA の場合、生産コストや不安定な性質などから、ABA そのもの
が農業市場で利用されているケースは他の植物ホル
モンと比べて限定的なものとなっている。ABA の不活性化酵素や ABA 受容体に結合して ABA 応答を制御する人工化合物の開発が進められている。

84

ABA の不活性化酵素を阻害する化合物は ABA 量を増加させ、植物の乾燥耐性を向上すると考えられる。
CYP707A はシトクロム P450 であることから、市販の農薬や医薬品の P450 関連の阻害剤からこの酵素活性を阻害する化合物がスクリーニングされた。ジニコナゾールやウニコナゾールは CYP707A の活性を強く阻害して、内生 ABA を向上させ植物の乾燥耐性を向上することが明らかとなった(図 9)12,22)。しかしこれらは、もともと他の P450 の活性を阻害す
るため、乾燥ストレス耐性以外の二次的な影響も現れる。そこで、CYP707A に対してより特異的を持たせた阻害剤としてアブシシナゾール E2B が開発されている 19)。
ABA 受容体に作用して、ABA 応答を引き起こす
アゴニストあるいは ABA 作用を打ち消すアンタゴニストの創成は、ABA 生理作用を人為的に制御できる新しい植物成長調節剤として利用できると考えられる。アゴニストの開発には、PYL 受容体と PP2C
を酵母で発現させた ABA 様化合物をとらえる ABA
受容センサーと単純な化学構造からなるライブラリーを利用して、キナバクチンという ABA アゴニストの単離がなされた 18)。キナバクチンと名付けられ
た ABA アゴニストは ABA と同程度の濃度で ABA
誘導を引き起こす事ができ、シロイヌナズナとダイズにおいてストレス耐性を向上できることが示された(図 10)。
一方、ABA の作用を打ち消す ABA アンタゴニス
トは ABA と受容体の複合体の結晶構造の情報に基づき創出された。ABA は受容体に結合すると受容体がゲートを閉じ、ABA は受容体に包み込まれる。
ABA が結合した受容体には、リガンドポケットから通じる穴が存在し、この穴は PP2C が結合する方向へ向いている。そこで、この穴に注目し、穴を貫通するように ABA にアルキル鎖をつけた化合物 AS６が合成された(図 11)28)。AS6 は予測通りに、受容体に結合し、閉じた受容体から AS6 のヘキシル鎖が穴から突出して、PP2C の結合をブロックしているような構造であった(図 11)。実際に、AS６を植物に投与することで ABA 応答を阻害することが確認された。
ABA アンタゴニストは、ABA の作用が強くなりす
ぎて農業上問題となる場面で利用が期待される。

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)図 9. a) ABA 不活性化経路。ABA はチトクロム P450 である CYP707A によって代謝され、8’-ヒドロキシ ABAが生産される。8’-ヒドロキシ ABA は化学的に不安定なため非酵素的な反応によってファゼイン酸へと変換される。CYP707A の活性を阻害することで、ABA が植物体に蓄積する。b) 市販の P450 阻害剤から見出された CYP707A を強く阻害するウニコナゾールとジニコナゾールの化学構造。c) ウニコナゾール処理によるシ
ロイヌナズナ乾燥耐性の向上。

図 10. a) 人工化合物 ABA アゴニストのキナバクチンの化学構造。b) 受容体のリガンドポケット内におけるABA(青)とキナバクチン(オレンジ)の立体配座。c) シロイヌナズナを使った乾燥ストレス環境下におけるキナバクチンの効果(右)およびコントロール処理(左)の比較。

85

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)図 11. a) ABA アンタゴニスト AS6 の化学構造。 b) AS6(黄色)と ABA(青)との立体配座比較。受容体リガンド
ポケット内から細いトンネルを通じて受容体表面の外へ突き出た AS6 のヘキシル鎖は PP2C(マジェンダ色)のバリン残基と障害を起こす位置にある。この障害によって受容体と PP2C の結合が阻害される。ABA 受容体の制御を受けなくなった PP2C は SnRK2 を不活性化して、ABA のシグナルをブロックする。c) AS6 受容体
複合体における PP2C 結合阻害モデル。
5.今後の展望
ABA の代謝経路およびシグナル伝達の概要が明らかにされ、これらの知見を生かした応用研究は今後
より熱を帯びてくると予想される。一方で、ABA の基礎研究は終焉したわけでなく、未解決で重要な課題も残されている。ABA 量を制御する因子や、その因子の上流に存在すると考えられる乾燥ストレスを認識する浸透圧センサーである。NCED は乾燥ストレスによって発現が誘導されるが、興味深いことに
NCED の発現誘導は葉の導管と篩管を取り囲む維管束柔組織にて局所的に行われる 4)。このことは、乾燥ストレスによって生じる水の通り道である導管と篩管の水ポテンシャルの変化を浸透圧センサーが維86

管束柔組織にて受容して下流のシグナル伝達因子へ伝えることで、NCED の発現が誘導されると考えられる。また、ここで触れなかったが、維管束柔組織
にて合成される ABA は孔辺細胞へと輸送される。
ABA 輸送体は様々な種類が報告されており、それぞれがどのように ABA の輸送に関わっているのか？
本質的な役割はまだ明確になっていない 11,25,31)。このように残された課題を今後、明らかにしていくことで、植物のストレスに対する分子応答の全貌が解明できるであろう。我々はこれらの知見を上手く利用することで、乾燥ストレス耐性作物を人工的に効率良く設計できる時代が到来すると期待している。

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)

参考文献
1) Acharya, B.R., Jeon, B.W., Zhang, W., and Assmann,
S.M. 2013. Open Stomata 1 (OST1) is limiting in
abscisic acid responses of Arabidopsis guard cells.
New Phytol. 200: 1049–1063.
2) Chono, M., Matsunaka, H., Seki, M., Fujita, M.,
Kiribuchi-Otobe, C., Oda, S., Kojima, H., Kobayashi,D., and Kawakami, N. 2013. Isolation of a wheat(Triticum aestivum L.) mutant in ABA 8’-hydroxylase
gene: effect of reduced ABA catabolism on
germination inhibition under field condition. Breed. Sci.
63: 104–115.
3) 蝶野 真喜子, 松中 仁, 関 昌子. 2015. ABA代謝
酵素遺伝子に関するコムギ準同質遺伝子系統の開発とそれらの発芽特性, 植物の成長調節 50: 118.
4) Endo, A., Sawada, Y., Takahashi, H., Okamoto, M.,
Ikegami, K., Koiwai, H., Seo, M., Toyomasu, T.,
Mitsuhashi, W., Shinozaki, K., et al. 2008. Drought
induction of Arabidopsis 9-cis-epoxycarotenoid
dioxygenase occurs in vascular parenchyma cells. Plant
Physiol. 147: 1984–1993.
5) Fujita, Y., Fujita, M., Shinozaki, K., andYamaguchi-Shinozaki, K. 2011. ABA-mediatedtranscriptional regulation in response to osmotic stressin plants. J. Plant Res. 124: 509–525.
6) Fujita, Y., Yoshida, T., and Yamaguchi-Shinozaki, K.
2013. Pivotal role of the AREB/ABF-SnRK2 pathway
in ABRE-mediated transcription in response to osmotic
stress in plants. Physiol. Plant. 147: 15–27.
7) Geiger, D., Scherzer, S., Mumm, P., Stange, A.,
Marten, I., Bauer, H., Ache, P., Matschi, S., Liese, A.,
Al-Rasheid, K.A., et al. 2009. Activity of guard cellanion channel SLAC1 is controlled by drought-stresssignaling kinase-phosphatase pair. Proc. Natl. Acad.
Sci. U.S.A. 106: 21425–21430.
8) Hanada, K., Hase, T., Toyoda, T., Shinozaki, K., andOkamoto, M. 2011. Origin and evolution of genes
related to ABA metabolism and its signaling pathways.
J. Plant Res. 124: 455–465.
9) Hartung, W. 2010. The evolution of abscisic acid
(ABA) and ABA function in lower plants, fungi andlichen. Funct. Plant Biol. 37: 806–812.
10) Hauser, F., Waadt, R., and Schroeder, J.I. 2011.
Evolution of abscisic acid synthesis and signalingmechanisms. Curr. Biol. 21: R346–R355.
11) Kang, J., Yim, S., Choi, H., Kim, A., Lee, K.P.,
Lopez-Molina, L., Martinoia, E., and Lee, Y. 2015.

87

Abscisic acid transporters cooperate to control seedgermination. Nat. Commun. 6: 8113.
12) Kitahata, N., Saito, S., Miyazawa, Y., Umezawa, T.,
Shimada, Y., Min, Y.K., Mizutani, M., Hirai, N.,
Shinozaki, K., Yoshida, S., et al. 2005. Chemical
regulation of abscisic acid catabolism in plants bycytochrome P450 inhibitors. Bioorganic &amp; Med.
Chem. 13: 4491–4498.
13) Kushiro, T., Okamoto, M., Nakabayashi, K.,
Yamagishi, K., Kitamura, S., Asami, T., Hirai, N.,
Koshiba, T., Kamiya, Y., and Nambara, E. 2004. The
Arabidopsis cytochrome P450 CYP707A encodes
ABA 8 ’-hydroxylases: key enzymes in ABA
catabolism. EMBO J. 23: 1647–1656.
14) Melcher, K., Ng, L.M., Zhou, X.E., Soon, F.F., Xu,
Y., Suino-Powell, K.M., Park, S.Y., Weiner, J.J., Fujii,
H., Chinnusamy, V., et al. 2009. A gate-latch-lockmechanism for hormone signalling by abscisic acidreceptors. Nature 462: 602–608.
15) Miyazono, K., Miyakawa, T., Sawano, Y., Kubota,
K., Kang, H.-J., Asano, A., Miyauchi, Y., Takahashi,
M., Zhi, Y., Fujita, Y., et al. 2009. Structural basis of
abscisic acid signalling. Nature 462: 609–614.
16) Nambara, E., and Marion-Poll, A. 2005. ABSCISICACID BIOSYNTHESIS AND CATABOLISM. Annu.
Rev. Plant Biol. 56: 165–185.
17) Nishimura, N., Hitomi, K., Arvai, A.S., Rambo, R.P.,
Hitomi, C., Cutler, S.R., Schroeder, J.I., and Getzoff,
E.D. 2009. Structural Mechanism of Abscisic Acid
Binding and Signaling by Dimeric PYR1. Science 326:
1373–1379.
18) Okamoto, M., Peterson, F.C., Defries, A., Park, S.-Y.,
Endo, A., Nambara, E., Volkman, B.F., and Cutler, S.R.
2013. Activation of dimeric ABA receptors elicits
guard cell closure, ABA-regulated gene expression,and drought tolerance. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
110: 12132–12137.
19) Okazaki, M., Kittikorn, M., Ueno, K., Mizutani, M.,
Hirai, N., Kondo, S., Ohnishi, T., and Todoroki, Y.
2012. Abscinazole-E2B, a practical and selective
inhibitor of ABA 8’-hydroxylase CYP707A. Bioorg.
Med. Chem. 20: 3162–3172.
20) Park, S.Y., Fung, P., Nishimura, N., Jensen, D.R.,
Fujii, H., Zhao, Y., Lumba, S., Santiago, J., Rodrigues,
A., Chow, T.F.F., et al. 2009. Abscisic Acid Inhibits
Type 2C Protein Phosphatases via the PYR/PYL
Family of START Proteins. Science 324: 1068–1071.

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)21) Hori, K., Maruyama, F., Fujisawa, T., Togashi, T.,
Yamamoto, N., Seo, M., Sato, S., Yamada, T., Mori, H.,
Tajima, N., et al., 2014. Klebsormidium flaccidum
genome reveals primary factors for plant terrestrial
adaptation. Nature commun. 5: 3978.
22) Saito, S., Okamoto, M., Shinoda, S., Kushiro, T.,
Koshiba, T., Kamiya, Y., Hirai, N., Todoroki, Y.,
Sakata, K., Nambara, E., et al. 2006. A plant growth
retardant, uniconazole, is a potent inhibitor of ABA
catabolism in Arabidopsis. Biosci. Biotechnol.
Biochem. 70: 1731–1739.
23) Sato, A., Sato, Y., Fukao, Y., Fujiwara, M.,
Umezawa, T., Shinozaki, K., Hibi, T., Taniguchi, M.,
Miyake, H., Goto, D.B., et al. 2009. Threonine atposition 306 of the KAT1 potassium channel is27) Soon, F.-F., Ng, L.-M., Zhou, X.E., West, G.M.,
Kovach, A., Tan, M.H.E., Suino-Powell, K.M., He, Y.,
Xu, Y., Chalmers, M.J., et al. 2012. Molecular
Mimicry Regulates ABA Signaling by SnRK2 Kinases
and PP2C Phosphatases. Science 335: 85–88.
28) Takeuchi, J., Okamoto, M., Akiyama, T., Muto, T.,
Yajima, S., Sue, M., Seo, M., Kanno, Y., Kamo, T.,
Endo, A., et al. 2014. Designed abscisic acid analogs as
antagonists of PYL-PP2C receptor interactions. Nat.
Chem. Biol. 10: 477–482.
29) Toh, S., Imamura, A., Watanabe, A., Nakabayashi,K., Okamoto, M., Jikumaru, Y., Hanada, A., Aso, Y.,
Ishiyama, K., Tamura, N., et al. 2008. Hightemperature-induced abscisic acid biosynthesis and its
role in the inhibition of gibberellin action inessential for channel activity and is a target site for
ABA-activated SnRK2/OST1/SnRK2.6 protein kinase.
Biochem. J. 424: 439–448.
24) Seki, M., Umezawa, T., Urano, K., and Shinozaki, K.
2007. Regulatory metabolic networks in drought stressresponses. Curr. Opin. Plant Biol. 10: 296–302.
25) Seo, M. 2014. ABA Transmembrane Transport andTransporters. D.-P. Zhang (ed.), Abscisic Acid Metab.
Transp. Signal. - Springer 47–59.
26) Shinozaki, K., and Yamaguchi-Shinozaki, K. 2007.
Gene networks involved in drought stress response andtolerance. J. Exp. Bot. 58: 221–227.

Arabidopsis seeds. Plant Physiol. 146: 1368–1385.
30) Xue, S., Hu, H., Ries, A., Merilo, E., Kollist, H., andSchroeder, J.I. 2011. Central functions of bicarbonate
in S-type anion channel activation and OST1 protein
kinase in CO2 signal transduction in guard cell. EMBO
J. 30: 1645–1658.
31) Zhang, H., Zhu, H., Pan, Y., Yu, Y., Luan, S., and Li,
L. 2014. A DTX/MATE-type transporter facilitates
abscisic acid efflux and modulates ABA sensitivity anddrought tolerance in Arabidopsis. Mol. Plant 7:1522–1532.

88

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)

学会記事
極限環境生物学会第 16 回年会報告
第 16 回年会は、11 月 8-9 日（日月）に東京海洋大学品川キャンパス（東京都港区港南４−５−７）・白鷹館、楽水会館を会場に開催されました。当日は、多くの会員・非会員の皆様にご参集いただき、口頭発表 23 件、ポスター発表 46 件（昨年：口頭発表 19 件、ポスター発表 88 件）の一般発表の他、東京海洋大学年会会長の石田真巳先生の企画による東京海洋大学セッションでは、魚類の生殖細胞移植、福島県沖の放射性物質、酸性環境を中和するアルカリ化酵母に関するテーマで 3 名の海洋大学教員によるセッションを開催し、また、大会 2 日目の昼には、バイオ・ラッド ラボラトリーズ株式会社によるランチョンセミナー、また、午後には学会奨励賞受賞講演１件と合わせて大変盛りだくさんな会となりました。この他にも今回初めて小学生たちによるポスター発表に対して「ポスター賞特別奨励賞」が授与されました。参加者合計は 211 名（昨年：176名、内訳は以下の表）となりました。年会のお世話をいただきました東京海洋大学・石田真巳先生を始めとした東京海洋大学の皆様、および、ご尽力くださいました皆様に感謝申し上げるとともに、当日ご参加いた
だいた皆様方に事務局一同心より感謝申し上げます。
今年度：参加者合計 211 名

一

般

学

生

合

計

事前申込
当日申込
９１
２６
（会員 84、非会員 7） (会員 10、非会員 16)６６２８（会員 31、非会員 35） （会員 0、非会員 28）
１５７５４（会員 115、非会員 42） （会員 10、非会員 44）

合計１１７(会員 94、非会員 23)９４（会員 31、非会員 63）
２１１（会員 125、非会員 86）

東京海洋大学セッション
東京海洋大学セッションは、年会参加者からも関心を持っていただけるテーマを企画いたしました。東京海洋大学の先生方により、魚類の生殖細胞移植、福島県沖の 放射性物質、酸性環境を中和するアルカリ化酵母に関する内容でご講演を頂きました。東京海洋大学で行われている最前線の研究が感じられた素晴らしいセッ ションでした。講演された講師の先生方には、貴重なお話をしていただき感謝申し上げます。東京海洋大
学の益々の発展を祈念いたしております。
東京海洋大学セッション 座長：石田 真巳（東京海洋大学大学院 海洋科学技術研究科）『魚類の生殖細胞移植：サバからマグロは生まれるか？』
吉崎 悟朗（東京海洋大学大学院 海洋科学技術研究科）『福島沿岸海域および海洋生態系の放射性核種動態』
神田 穣太（東京海洋大学大学院 海洋科学技術研究科）『強酸性水圏から単離したアルカリ化酵母』
浦野 直人（東京海洋大学大学院 海洋科学技術研究科）

今回は、企業等技術コーナーには以下の 7 社にご参加いただきまし た。また、企業広告として 2 社からの企
業広告を受けました。
企業等技術コーナー
・ 株式会社トミー精工
・ 株式会社ファスマック・ シスメックス株式会社
・ タイテック株式会社
・ バイオツールズ株式会社

89

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)・・バイオ・ラッドラボラトリーズ株式会社
ユーロフィンジェノミクス株式会社

企業広告
・ 株式会社ファスマック（要旨集広告）
・ バイオ・ラッドラボラトリーズ株式会社（要旨集広告）学会事務局より、年会へのご協力に関して心より感謝申し上げます。

年会・発表会場風景
正門付近の案内

講演会場内の風景

ポスター会場の風景（大変盛況でした。）

90

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)

企業展示コーナーの風景

年会初日の懇親会での公演シーン

小学生による優秀なポスター発表に対して『ポスター賞特別奨励賞』が授与されました。

大会２日目昼に開かれたランチョンセミナーでは、バイオ・ラッドラボラトリーズの水谷伸氏、
山本謙治氏に講師を務めていただきました。

91

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)

閉会の挨拶を頂いた亀倉先生からは極限環境微生物とダーウィンの意外なお話を伺うことが出来ました。

【2015 年度・極限環境生物学会・研究奨励賞】
2015 年度の学会奨励賞は以下のように決定し、大会 2 日目に受賞記念講演を行っていただきました。
・佐藤 喬章（京都大学大学院・工学研究科）「超好熱性アーキアにおける新規ペントース代謝経路の同定」
今回のご受賞大変におめでとうございました。今後のご活躍を祈念しております。
（学会奨励賞授与式）【名誉会員証授与式】
2013 年度から新設されました名誉会員の第２回会員証授与式が行われました。今年度は学会発足当初から現在まで長年に渡り当学会の発展に尽力くださっている工藤俊章副会長が名誉会員に選出されました。授与式には、工藤俊章先生が出席してくださいました。

名誉会員になられた工藤先生と大島会長

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Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)【優秀ポスター賞】
優秀ポスター賞は、審査員による厳正な審査の結果、以下の 5 名の方々が受賞されました。若手の皆様の今後のご活躍を祈念しております。
P-05 橘髙瑞奈（京都大学大学院 地球環境学舎 環境マネジメント専攻）培養好熱性アーキアで発見されたユビキチンシステムの in vitro 再構成系の構築
P-07 杉山啓（東京大学大学院工学系研究科）クレンアーキアに見出された新規 tRNA 修飾の化学構造決定
および tRNA 立体構造に与える効果の解明
P-09 青野陸（京都大学大学院 工学研究科）ペントースビスリン酸経路：アーキアにおけるヌクレオシド
分解機構
P-21 鈴木 芳代（日本原子力研究開発機構・量子ビーム応用研究センター）線虫の運動機能に対する放射線の影響
P-37 今澤 陸（東洋大学大学院生命科学研究科）Bacillus trypoxylicola が持つ新規べん毛モーター固定子遺伝子の同定と機能解析

大島会長（右）と優秀ポスター賞受賞者

極限環境生物学会事務局

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Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)Extremophiles 2016 会議のご案内
場所：京都大学メインキャンパス（時計台）
期間：2016 年(平成 28 年) 9 月 12 日〜16 日
Congress Chair：跡見晴幸先生（詳細は、追ってアナウンスします。）

http://www.acplan.jp/extremophiles2016/94

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)

学会誌投稿規定
極限環境生物学会誌投稿規定
１．投稿者の資格
極限環境生物学会誌（ISSN 1348-5474） (Journal ofJapanese Society for Extremophiles)（以下、本誌という）への投稿は極限環境生物学会（以下、本学会という）会員に限る。なお、連名による投稿の場合には、少なくとも著者の一人が本学会会員でなければならない。ただし、日本国以外からの投稿並びに本学会が寄稿を依頼した場合は例外とする。

け付ける。この場合、極限環境生物学会ホームペー
ジに掲載されている投稿要領に従うこと。

２．論文の種類
本誌への投稿論文は、極限環境生物関連分野の原著論文（通常論文、短論文）、総説、並びに諸報とし、いずれも未発表のものに限る。
（１）原著論文 (original papers)：極限環境生物に関する論文で以下の２つのいずれかに該当する論文。
１）通常論文 (regular papers)：極限環境生物に関する論文で、それ自体独立した、価値のある結論ある
いは事実を含む論文。
２）短論文 (short communications)：極限環境生物に関する論文で、断片的な結果ではあるが新しい事実や価値のあるデータを含む短い論文。
（２）総説 (reviews)：極限環境生物のある特定の研究分野について、簡単な歴史的背景を含め、最近の進歩を要約し、可能であれば、将来の研究方向性をも指し示した論文。
（３）ミニレビュー (mini-reviews)：総説の内、比較的短く纏めたもの。
（４）諸報：巻頭言、研究最前線、研究のルーツを探る、学会関連記事等。

５．論文の審査
投稿された論文の内、原著論文、総説、ミニレビュ
ーの審査には、極限環境生物学会誌編集委員の内１名が責任編集委員として関与する。原著論文および総説の審査は、責任編集委員が適宜指名する複数の査読者によりなされる。掲載の可否に関する最終判
定は、査読者からの査読結果報告に基づき責任編集委員が行う。その後、編集委員長が著者に審査結果を通知する。なお、内容・体裁に問題があると判断された原稿については、著者による修正を求める。
修正を求められた原稿は、２ヶ月以内に責任編集委
員に返送することとし、２ヶ月を過ぎて返送されなかった原稿は、著者が原稿を取り下げたものとして処理する。なお、投稿された論文は返却しない。

３．論文の書き方
論文の用語は日本語または英語とし、別途定める「原稿執筆要領」に従い簡潔に分かりやすく作成すること。総説は原稿３０頁以内、通常論文は原稿２０頁
以内、ミニレビューは原稿１５頁以内、短論文は原稿１０頁以内とする。なお、諸報の頁数に関しては編集委員会で適宜判断する。

７．別刷り
別刷りは、pdf ファイルとして配布する。

４．論文の受付
論文原稿は諸報を除き、原稿原本の他にコピー３部を付け、送付状とともに簡易郵便書留として下記宛に送付すること。なお、オンラインによる投稿も受95〒113-8657 東京都文京区弥生 1-1-1 東京大学大学
院農学生命科学研究科応用生命工学専攻（東大院農生科応生工と省略可）極限環境生物学会誌編集委員長
石 井 正 治 ( 電 話 ： 03-5841-8258, FAX ：03-5841-5272) (e-mail: amishii@mail.ecc.u-tokyo.ac.jp)

６．校正
校正は初稿のみ著者に送付する。到着日より３日以内に、原稿とともに指定された送付先に返送すること。なお、原著論文ならびに総説に関しては、著者
校正時の文章・図表の追加や削除は一切認めない。

８．著作権
本誌に掲載された論文の著作権は本学会に帰属する。
９．その他
極限環境生物学会誌投稿規定ならびに極限環境生物
学会誌論文執筆要領で不明な部分に関しては、極限環境生物学会誌編集委員会において適宜対応する。
なお、必要が認められる場合には、文書化を進めるものとする。

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)

論文執筆要領
極限環境生物学会誌論文執筆要領
１．一般的事項（１）テキストファイル形式または Microsoft Word
形式で保存できるワードプロセッサ等を用いて原稿を作成すること。
（２）タイトルページには、1)論文題名、2)著者名、
3)著者所属機関名、4)ランニングタイトル、5)連絡対
応著者名およびその連絡先住所・電話番号・FAX 番号・e-mail アドレス、6)キーワード（５語以内）を明示すること。日本語で作成した論文には、これらの英語訳を併記すること。
（３）論文印刷には A4 版用紙の片面を使用し、１
行４０字（英語の場合には１行６０字）、１頁２５行で印刷すること。イタリック、ボールド、あるいはスモールキャピタルにする語句がある場合は、それぞれ赤字で下線、波下線、二重下線を記すこと。
（４）略語リストがある場合には、本文第１頁に脚注として略語の項を設け表記すること。単位系と省略記号は SI 単位を基本とする。
（５）生物の命名及び記載は International Code of
Nomenclature of Prokaryotes, International Code ofBotanical Nomenclature, International Code ofZoological Nomenclature に従う。学名が初出の場合は全部を記載すること。原則として、２回目以降は属名の頭文字を略号とするが、紛らわしい場合には省略せずに記載すること。
（６）物質名の表記は以下の規定に従うこと。
１）有機化合物の表記および放射性同位元素による標識化合物の表記は IUPAC 規定に従うこと。
２）生化学関連事項の命名は IUPAB 制定の命名法に従うこと。
３）化学式に用いられる記号、略号などは Chemical
Abstracts の用例に従うこと。
（７）論文受理後、完成した本文および図表等の印刷に必要な全てのファイルを収めた電子媒体を編集委員長宛に郵送するか、またはそれらのファイルを
e-mail 添付書類として編集委員長宛に送付すること。
２．投稿論文の構成（１）原著論文は 1)標題、2)アブストラクト、3)本
文、4)引用文献、5)表ならびに図、図の説明文、の順にまとめること。
（２）標題は論文内容を具体的に表す簡潔なものとすること。標題の下に著者名、所属機関名、所在地を書く。著者が複数で、所属機関が異なる場合は、
著者名末尾に上付数字を付けて区別するとともに、連絡対応著者名を指定すること。
（３）原著論文ならびに総説のアブストラクトは英語で記述するものとし、通常論文・総説では200words 以内、短論文では 100words 以内で作成す

96

ること。
（４）通常論文の本文は原則として、緒言、材料および方法、結果、考察（あるいは結果と考察）、謝辞で構成する。短論文では項目分けをしない。
（５）原著論文ならびに総説では、必要に応じて図表を用いる。それぞれの図表を挿入したい位置を、原稿右側の余白部分に指示すること。
（６）文中での文献の引用は、引用文献の項目で整理した文献番号を用いること。図表の引用はその番号によること。
（７）脚注が必要な場合には、該当事項の右肩に通し番号を付け、当該頁の下部に説明文を付けること。
３．引用文献（１）引用文献は下記の例に準じ、本文中の該当人
名あるいは事項の右肩に 1), 1-3)のように番号を付し、また、本文末尾の引用文献の項に第一著者のファミリーネームのアルファベット順に 1., 2., 3., --の番号を付し一括記載する。Ibid., idem は用いないこと。私信、未発表の研究結果、学術雑誌に受理される前の論文、抄録が印刷されていない口頭発表など
は引用文献に含めないこと。雑誌の略号は、Chemical
Abstracts Service Source Index (CASSI) 1907-1984(Cumulative)およびその補遺版により、雑誌名、書名、
年、巻および頁の示し方は下記によること。
（２）雑誌引用のとき
Chuakrut, S., Arai, H., Ishii, M., and Igarashi, Y. 2000.
Characterization of a bifunctional archaeral acylcoenzyme A carboxylase. J. Bacteriol. 185: 938-947.
（３）書籍引用のとき
児玉徹. 1997. V 近代的な微生物利用工業１．アルコール, pp191-197.児玉徹・熊谷英彦編, 食品微生物学,
文永堂出版
４．表と図およびその説明（１）表と図は印刷版下を作成すること。
（２）本文を英語で書いた場合には図表も英文で作成すること。
（３）表と図は一つに対して１頁使う。各頁の右上に著者名ならびに図の番号を入れること。
（４）表題は表の上部分に書くこと。表の内容説明
文ならびに注は、表の下に記述する。注の表示にはa),b),c)を上付で明記し、記述には a),b),c)を上付にせず用いる。
（５）図の標題ならびに説明文は別紙にまとめて印刷すること。図の標題の最後にはピリオドを付し、内容説明は標題の後に改行して記載すること。
（６）写真は明瞭な陽画を必要部数添付すること。

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)

学会会則
極限環境生物学会会則（名称）第１条 本会は、極限環境生物学会（英文名：TheJapanese Society for Extremophiles ）という。
（以下本会という）（目的）
第２条 本会は、極限環境生物研究の発展に寄与し、極限環境生物の研究、教育、利用の推進に寄与することを目的とする。
（事業）
第３条 本会は、研究発表会及び講演会等の開催、
極 限 環 境 生 物 学 会 誌 （ 英 名 ： Journal ofJapanese Society for Extremophiles）の発行、
国際極限環境生物学会等との連携事業、研究奨励賞・ポスター賞の授与、その他前条の目的を達成するために必要な事業を行う。
（会員の種別等）
第４条 本会の会員は正会員、名誉会員、団体会員
および賛助会員とする。
2.正会員は極限環境生物に関する研究に従事する、または、これに関心を持つ個人であって、本会の目的に賛同し、定められた会費を納めた者をいう。身分が学生である者および 65 歳以上となった正会員の会費は別に定める。便宜上これらの者をそれぞれ正会員（学生）および正会員（シニア）と称する。
3.名誉会員は、当学会の発展に功労のあった者で、幹事会による推薦、評議員会による承認を経て、会長の指名により決定され、当学会の催すシンポジウム・年会等に招待される。
4. 団体会員は極限環境生物に関心を持つ団
体（法人等）であって、その団体内の本会の目的に賛同する代表者を含めて３名以内の所属者を指名して会員登録を行い、定められた会費を納めた団体をいう。
5. 賛助会員は本会の目的に賛同し、定められた賛助会費を１口以上納めた個人または団体をいう。
第５条 会員は本会が開催する諸事業に参加し、本会の発行する印刷物、PDF 等の配布を受けることができる。
（入会）
第６条 会員として入会しようとする個人または団
体は、本会事務局が定める手続きに従って申し込みを行い、本会会長による承認を得なければならない。

97（会費）
第７条 会員は下記の会費を納めるものとする。
正会員
年額
5,000 円
（但し身分が学生である者および 65 歳以上となった正会員は申請により年額 2,000 円とすることができる。前者の場合は指導教員の署名、後者の場合は幹事会による事後承認を必要とする。）
名誉会員 年額 0 円
団体会員 年額 20,000 円
賛助会員 年額 一口以上（一口 30,000 円）（退会）
第８条 会員は会長に届けることによって退会することができる。
（役員）
第９条 本会には会長 1 名、副会長 2 名、評議員若干名、幹事若干名、会計監査 2 名の役員をおく。
2. 会長は本会を代表し、会務を統括する。
3. 副会長は会長を補佐し、会長に事故ある
場合には会長の職務を代行する。
4. 幹事は、幹事長、庶務、学術活動、会計、を分担し、事業計画の立案、事業の実施、庶務会計、シンポジウムの企画立案、学会誌発行、国際極限環境生物学会等との連絡などの本会の事務を行う。
5. 会計監査は本会の会計を監査する。
（役員の選出）第１０条 会長、副会長、評議員は本会の総会において選出される。
2. 幹事、会計監査は、副会長、評議員以外の正会員の中から会長が指名し、総会の承認を受ける。
3. 評議員の任期は２年とし重任を妨げない
が、連続３期を限度とする。但し、会長が指名する評議員はこの限りではない。
（名誉会長）
第１１条 本会には名誉会長をおくことができる。
2. 名誉会長は、本会に対し大局的な見地による適切な助言を与える。
3. 名誉会長は、会長として学会の運営及び発展に特別の功績があった者で、幹事会による推薦、評議員会を経て、総会の承認を受ける。

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)（委員会）
第１２条 本会に学会誌編集委員会、研究奨励賞選
考委員会、シンポジウム委員会を置く。各委員会委員の任期は 2 年とするが重任をさまたげない。
2. 学会誌編集委員会（会長指名の若干名で構成し､委員長は互選する）は学会誌の編集、論文審査の任にあたる。
3. 研究奨励賞選考委員会（副会長が委員長を勤め、学術活動担当幹事と委員長指名の委員、計 10 名程度で構成する）は本会の研究奨励賞受賞者を選考する。
4. シンポジウム委員会（会長指名の若干名で構成し､委員長は互選する）は学術活動幹事と共同でシンポジウムを企画立案し、運営をサポートする。
（評議員会）
第１３条 評議員会は会長、副会長、評議員をもって構成する。会長は年１回以上評議員会を召集し、議長となり、会の重要事項を審議し総会に提案する。
（総会）
第１４条 本会は原則として年１回総会を開き、会務を協議し議決する。
総会は会長が召集する。
第１５条 総会の議決は出席会員の過半数の賛成をもって行う。

98（会計年度）
第１６条 本会の事業年度は 1 月 1 日に始まり、同年 12 月 31 日に終る。
（付則）第１７条 本会則の施行および本会の運営についての細則は総会の議決を経て別に定める。
第１８条 本会則の変更は総会の議決を経て行う。
第１９条 本会則は、1999 年 10 月 19 日より施行する。

2001 年 11 月 29 日改定
2002 年 12 月 1 日改定
2003 年 12 月 1 日改定
2005 年 11 月 7 日改定
2007 年 12 月 1 日改定
2010 年 1 月 1 日改定
2012 年 12 月 1 日改定
2013 年 10 月 26 日改定

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (2)学会細則

極限環境生物学会細則（会員）
第１条 入会を承認された正会員、名誉会員、団体
会員、賛助会員は、所定の会費を速やかに
納入する。
（総会）
第２条 総会の議案は副会長、幹事等と共に会長が作成し、評議員会の議を経た後提出する。
議案には前年度の事業内容及び収支決算、
新年度の事業計画、及び収支予算を含むものとする。
第３条 総会は会員の１／１０以上の出席（但し委任状を含む）をもって成立する。
（役員の選出）第４条 会長、副会長、評議員は会員の選挙によって決められる。会長は選挙によらず評議員を指名することが出来るが、総会での承認を必要とする。
第５条 会長は会員の中から少なくとも３名を選んで選挙管理委員を委嘱する。選挙管理委員
は選挙事務を行う。
第６条 会長は、評議員会の承認を得て必要な委員会を作ることが出来る。
（評議員会）
第７条 評議員会は評議員の半数以上の出席（委任状を含む）をもって成立する。
第８条 評議員会の決議は出席者の過半数の賛成により成立する。

99（退会）
第９条 会長は、会費を３年以上滞納した会員を退会させることが出来る。
（授賞）
第１０条 研究奨励賞・ポスター賞の授賞規定は別途定め全会員に配布する。
（細則の変更）第１１条 本細則の変更は総会の議決による。
（付則）第１２条 今期の本会事務局は、東京工業大学大学院
生命理工学研究科 中村聡研究室（横浜市
緑区長津田町）内とする。
第１３条 本細則は、1999 年 10 月 19 日よりこれを実施する。

2002 年 12 月 1 日改定
2003 年 12 月 1 日改定
2006 年 6 月 30 日改定
2007 年 12 月 1 日改定
2010 年 1 月 1 日改定
2012 年 12 月 1 日改訂

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (1)運営体制

極限環境生物学会運営体制（2014~15 年度）

名誉会長

掘越 弘毅

独立行政法人海洋研究開発機構

会長

大島 泰郎

共和化工株式会社 環境微生物学研究所

工藤 俊章

独立行政法人理化学研究所

井上東洋大学 バイオナノエレクトロニクス研究センター副会長

明

評議員（５０音順、敬称略）
秋野 利郎

合同酒精株式会社

石野 園子

九州大学大学院 農学研究院

幹事長

中村 聡

東京工業大学大学院 生命理工学研究科

板谷 光泰

慶応義塾大学 環境情報学部

庶務担当

伊藤 政博

東洋大学 生命科学部

伊藤 進

琉球大学 農学部

学会誌担当

伊藤 佑子

創価大学 工学部

編集委員長

石井 正治

東京大学大学院 農学生命科学研究科

今中 忠行

立命館大学 生命科学部

石野 良純

九州大学大学院 農学研究院

大島 敏久

大阪工業大学

古園 さおり東京大学 生物生産工学研究センター

大島 朗伸

島根大学 生物資源科学部

高品 知典

東洋大学 生命科学部

鎌形 洋一

独立行政法人産業技術総合研究所

川上 文淸

一般財団法人北陸産業活性化センター

河原林 裕

九州大学大学院 農学研究院

ホームペー

倉光 成紀

大阪大学大学院 理学研究科

ジ担当

小林 哲夫

名古屋大学大学院 生命農学研究科

シンポジウ

小林 良則

財団法人バイオインダストリー協会

ム担当

佐上 博

工学部

幹事会

学会誌担当

宇佐美 論

東洋大学 理工学部

道久 則之

東洋大学 生命科学部

三輪 哲也

独立行政法人海洋研究開発機構

八波 利恵

東京工業大学大学院 生命理工学研究科

東北大学 多元物質科学研究所

青木 俊夫

日本大学 生物資源科学部

芝 弘孝

サントリービジネスエキスパート株式会社

跡見 晴幸

京都大学大学院 工学研究科

鈴木 健一朗

独立行政法人製品評価技術基盤機構

伊藤 隆

独立行政法人理化学研究所

高田 泰弘

北海道大学大学院理学研究院

加藤 千明

独立行政法人海洋研究開発機構

中川 和倫

愛媛県立今治西高等学校

亀倉 正博

好塩菌研究所長谷川 功

日本大学 生物資源科学部

國枝 武和

東京大学大学院 理学系研究科

半澤 敏

東ソー株式会社 東京研究所

栗原 達夫

京都大学 化学研究所

別府 輝彦

日本大学 生物資源科学部

仲宗根 薫

近畿大学 工学部

丸山 正

独立行政法人海洋研究開発機構

中村 顕

筑波大学大学院 生命環境科学研究科

山岸 明彦

東京薬科大学 生命科学部

鳴海一成

東洋大学 生命科学部

湯本 勲

独立行政法人産業技術総合研究所

東端 啓貴

東洋大学 生命科学部

若木 高善

東京大学大学院 農学生命科学研究科

福居 俊昭

東京工業大学大学院 生命理工学研究科

渡辺 公綱

東京薬科大学 生命科学部

伊藤 俊洋

財団法人北里環境科学センター

高瀬 光徳

森永乳業株式会社 研究情報センター

会計担当

学術担当

会計監査

若手シンポジウム委員会
委員長

小西 正朗

北見工業大学 工学部

副委員長

鈴木 宏和

九州大学大学院 農学研究院

折田 和泉

東京工業大学大学院 生命理工学研究科

峯岸 宏明

東洋大学 バイオナノエレクトロニクス
研究センター

井上 謙吾

宮崎大学 IR 推進機構

谷川 実

日本大学 理工学部

布浦 拓郎

独立行政法人海洋研究開発機構

コルネット
リシャー

独立行政法人農業生物資源研究所

委員

100

Journal of Japanese Society for Extremophiles (2015) Vol.14 (1)

編集委員会
委員長 ：石井正治（東大）
副委員長：石野良純（九大）
委員：阿部文快（青学大）、伊藤 隆（理研）、鎌形洋一（産総研）、河原林裕（九大）、高品知典（東洋大）、中村 聡（東工大）、中村 顕（筑波大）、三輪哲也（JAMSTEC）、
湯本 勲（産総研）

学会事務局〒226-8501 横浜市緑区長津田町 4259-J2-13
東京工業大学大学院 生命理工学研究科
生物プロセス専攻 中村聡研究室内極限環境生物学会事務局 中村 聡 (幹事会幹事長)
FAX: 045-924-5837
E-mail: kyokugenjm10@extremophiles.jp
学会誌編集〒237-0061 神奈川県横須賀市夏島町 2-15
独立行政法人海洋研究開発機構 海洋生物多様性研究分野 (加藤千明、学術幹事)
TEL：046-867-9524 FAX：046-867-9525 E-mail：kato_chi@jamstec.go.jp
発刊日2015 年 12 月 31 日