研究成果

植物の葉のクチクラの構造を分子レベルで解明 -クチクラの構造モデルの常識を覆す発見-


2019年05月13日


     長谷川健 化学研究所教授、羽馬哲也 北海道大学助教らの研究グループは、植物の葉の表面を覆う脂質膜である「クチクラ」の分子の構造を解明することに成功しました。

     クチクラは、雨や乾燥などの様々な環境ストレスに対して防御の役割を果たす非常に多機能な薄膜です。これまで、クチクラを構成する分子の種類(炭化水素のワックス、クチンと呼ばれるポリエステル、多糖類など)の同定に関する研究は進んできましたが、葉の表面における分子の並び方(分子配列)や分子の向き(分子配向)についてはわかっておらず、クチクラが持つ機能の本質を理解するには至っていませんでした。

     本研究では偏光変調赤外反射吸収分光法を用いることで、ヤセイカンランの葉のクチクラを前処理(溶媒による抽出など)することなくそのままの状態で非破壊分析し、ワックス、クチン、多糖類の配列・配向を分子の官能基レベルで明らかにすることに世界で初めて成功しました。また、これまでのクチクラの構造モデルでは「クチクラの外部(表面近傍)には多糖類は存在しない」と考えられてきましたが、本研究によって「クチクラの外部に多糖類(ヘミセルロース)が存在する」ことが明らかとなりました。

     本研究成果は、これまでのクチクラの構造の常識を覆し、クチクラの構造モデルを大きく改善するものです。これにより、クチクラの機能の起源に迫るとともに、環境ストレスや病原菌や害虫に対する耐性を持つ植物への品種改良、生体模倣材料の設計・開発にもつながることが期待されます。

     本研究成果は、2019年4月24日に、国際学術誌「Plant and Cell Physiology」のオンライン版に掲載されました。
     

    図:クチクラの構造。(左)従来のモデル。(右)ヤセイカンランのクチクラの構造。

    詳しい研究内容について

    書誌情報

    【DOI】 https://doi.org/10.1093/pcp/pcz063

    Tetsuya Hama, Kousuke Seki, Atsuki Ishibashi, Ayane Miyazaki, Akira Kouchi, Naoki Watanabe, Takafumi Shimoaka, Takeshi Hasegawa (2019). Probing the Molecular Structure and Orientation of the Leaf Surface of Brassica oleracea L. by Polarization Modulation-Infrared Reflection-Absorption Spectroscopy. Plant and Cell Physiology, pcz063.


    植物の葉のクチクラの構造を分子レベルで解明 -クチクラの構造モデルの常識を覆す発見-
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