采访了研究生院理学学科  植物生物学教研室　古本强（Furumoto Tsuyoshi）副教授

（2011.9.16 社会合作・宣传・信息办公室  宣传小组）

序言

研究生院理学学科生物科学专业的古本强副教授与该专业的岛村正树副教授们进行的有关叶绿体的研究成果发表在了2009年8月25日的英国科学学术杂志《Nature》上。这个成果是世界上首次发现了具有将在叶绿体内主要担任光合作用的丙酮酸送到叶绿体内的功能的基因。这个研究搞清了光合作用中丙酮酸输送机制，期待对生物技术的应用。

“叶绿体”大家都非常熟悉，在小学的理科内容中也出现。对这项尖端研究成果，我们采访了古本副教授。

古本副教授的专业是植物生理学，长期研究在植物叶绿体内进行的光合作用。

大多数人都认为叶绿体的作用是通过光和二氧化碳进行光合作用，生成出植物成长必须的营养素。

但是，古本副教授说，“叶绿体的作用不仅仅这些”。

植物可以分类为进行C3型光合作用的“C3植物”和进行C4型光合作用的“C4植物”这2类。C是碳原子，后面的数字表示光合作用使用的C的数量。就是说，C4植物比C3植物包含的更多的碳原子，可以进行更有效的光合作用，实现进化。举一个大家都熟悉的例子，水稻和小麦是属于C3植物，甘蔗和玉米是属于C4植物

那么，这2类植物的光合作用循环到底有什么不同呢？

C3植物是一切都在叶绿体内进行光合作用，而C4植物有进行光合作用的叶绿体【1】和本身不进行光合作用，起到向【1】输送二氧化碳的作用的叶绿体【2】。由于这个叶绿体【2】相当活跃，不断地向【1】输送二氧化碳，所以C4植物与C3植物相比，能保持70倍的二氧化碳的浓度。因此，C4植物比C3植物具有更优异的光合作用能力，比C3植物生长速度要快好多。

C3植物与C4植物的光合作用循环
顺着C4植物的蓝色圈输送二氧化碳

大家是不是碰到过在种什么作物前除得干干净净的杂草，不知不觉地又长了出来，比后来种的作物长得还快的这种情况？这是因为许多杂草都有C4植物的光合作用循环。据古本副教授说，所有植物都缺二氧化碳。现在都说要减碳，这好像有点意外。

C4植物含有的二氧化碳的浓度是C3植物的70倍，进行高效的光合作用。而起到关键作用的是什么呢？

在C4植物的叶绿体【1】和【2】之间负责二氧化碳输送的是丙酮酸这一物质。并且这个丙酮酸为了输送二氧化碳，还存在使它通过叶绿体膜的某种物质，这些都是以前的研究搞明白的。但是，这个“某种物质”到底是什么，多年来一直没搞明白，成了研究人员之间很大的障碍。

古本副教授的研究小组，通过某种植物实验，在世界上首次成功地找到了这个“某种物质”是什么。

用于实验的是黄花菊属的植物。黄花菊属中分别存在C3植物，处于C3植物向C4植物转移期的C3-C4植物和C4植物这三种植物。因此是检验比较各阶段光合作用循环的最佳材料。现在，在世界上能找到像黄花菊属那样，实现植物独自进化的有前后两个方向的植物也仅有几种。是具有相当稀有价值的植物。

黄花菊属的植物

古本副教授经过比较基因排列等预备研究，决定使用黄花菊属进行研究。

古本副教授说，“最终找到这个植物对这个研究是很关键的，是成功的关键”。

使用黄花菊属的植物进行基因发现分析的结果，除了特定了C4光合作用的主要基因外，还找到了许多命名为“BASS2”的基因。之后对其他C4植物进行研究的结果，确定了只有这个基因负责输送丙酮酸！

古本副教授在学生时代是在京都大学学植物学的。在校期间，他阅读到了一篇左右他研究人生的论文。
 
这篇论文是当时在埼玉大学研究植物光合作用的金井龙二教授（1999年退休）写的。这是一篇成功地开发了将玉米的叶细胞分离为叶肉细胞和维管束鞘细胞这2类细胞的技术的论文，这在光合作用研究方面是划时代的。

据说古本副教授想把这个技术与自己擅长的分子生物学的手法相结合，结果，选择了现在的专业方向。
但是，古本副教授选择的研究叶绿体丙酮酸输送体，是被认为不可能再有进展，研究人员都避开不搞的，研究论文很少的领域。当然，当时他所在的研究室也不搞这方面的研究。

尽管这样，古本副教授还是选择了自己感兴趣的研究。

实验是需要特殊设备的。

据说，他想为自己的研究室配上在研究上有交流的埼玉大学那样的研究设备，因此借来一部分设备，对设备制造商说，“我要与这个一样的设备！”。但是制造商报价40万日元，令他大吃一惊。这对当时研究室的经费来说是根本买不起的・・・，正当他要放弃时，他抱着最后一丝希望，跟广岛大学金属加工场商量，加工场爽快地说，没问题，几千日元就能搞定！连设计图也没有，他们还真给做出来了。

古本副教授说，“学校能自己制作我们需要的设备，我们研究人员就可以放心地搞研究了”。

在广岛大学金属加工厂制作的金属设备。
没有这个设备就不可能搞研究。

另外，做基因分析实验不可缺的是RI（放射性同位素）实验设备。这是使用放射性物质进行基因发现分析的设备。这个设备，从其特性来说，并不是全国哪儿都有的，就是国立大学，也是仅有的几所才有的。广岛大学自然科学研究支援开发中心同位素综合部门有完善的做各种实验所需的RI实验设备，校内人员谁都能自由使用。

古本副教授说，“有金属加工场和RI实验设备，对这个研究起到了很大的作用，同时也是广岛大学的优势”。

对外公布多年的研究成果后，古本副教授今后想搞的研究是搞清C3植物向C4植物的进化过程。这个问题搞清楚后，就能期待应用到生物技术，使C3植物的光合作用循环进化到C4植物那样的光合作用，加速植物的生长。

比如，占世界主食的1/3的水稻是C3植物。如果能加速水稻的生长，就能增加收获量，就能为世界面临的粮食难问题作出巨大的贡献。

古本副教授对今后的研究，充满热情地说，“这次研究成果发表后，世界上可能会展开各种研究。在这种情况下，我想开展更为实践性，独创性，其他人无法做的研究”。

展望今后的古本副教授

理科课堂上大家非常熟悉的光合作用，还有许多问题没搞清楚。
当笔者听不懂古本副教授的介绍时，古本副教授打着比方，认真地进行了说明。
对这次发表的研究成果，我越听越觉得是微观世界的研究。但是，当听到这个研究成果也许能解决世界性的粮食难问题这个全球化的展望时，笔者感到古本副教授始终以宽阔的视野考虑问题，非常吃惊。
对生物技术的应用，据说不仅能促进植物的生长，反过来也能阻止生长。在不远的将来，也许会出现不要除草也能维持漂亮的庭院和农田的时代。（S）