メタノールをエネルギー源として利用する酵母において重要な役割を担う酵素の立体構造を、クライオ電子顕微鏡を用いて高精度で解明しました。その結果、よく似た構造の2種類の酵素が環境に応じて異なる働きをする仕組みが明らかとなりました。　カーボンニュートラル社会の実現に向けて、メタノールの効率的な資源化が注目されています。本研究では、より効率的なメタノール利用の鍵を探るため、メタノールで成長する酵母Ogataea methanolica におけるアルコールオキシダーゼ（AOD）という酵素に着目し、その構造と機能の違いをクライオ電子顕微鏡を用いて明らかにしました。AODには複数の...

高温の温泉環境から、自己複製する未知の環状RNAを発見しました。これまで、高温の環境では直鎖型ゲノムを持つRNAウイルスのみが見つかっていましたが、今回はそれとは異なる環状RNAの複製体を見いだしました。このことは、高温極限環境にも多様な自己複製RNAが存在することを示すものです。　生物の多くはDNAを遺伝情報として持ちますが、RNAを遺伝情報として自己複製する因子も知られており、ウイルスやウイロイド（ウイルスよりも小さい感染性RNA分子）などがその例です。これらは生命の起源や進化を考える上でも重要な存在とされていますが、どのような環境にどのような種類の自己複製RNAが存在するのか...

赤系レタスの赤色はアントシアニンによるものです。本研究では、アントシアニン合成関連酵素遺伝子をゲノム編集で機能喪失させ、生育への顕著な悪影響なく赤色が消失することを明らかにしました。またそれに伴って、ケルセチン類を含む他のフラボノイド群が増加することが分かりました。　赤色レタスの赤色はアントシアニンという色素によるものです。この色素は、抗酸化作用で研究されているポリフェノールの一種で、植物の中ではフェニルアラニンというアミノ酸から複数の酵素が段階的に働いて合成されます。その過程で多様なフラボノイド（植物色素の総称）が作られ、最終的にアントシアニンへと変換されます。　本研...

発芽を調節するホルモンの働きを抑制する「SlIAA9」という遺伝子を欠損させたトマト変異体が、高温環境下でも高い発芽率と良好な苗の生育を維持することを確認するとともに、そのメカニズムを解明しました。この知見は、暑さに強い品種を作るための新しいヒントになると期待されます。　トマトは、暑さが続くと種子はうまく芽を出せず、その後の成長も弱くなってしまいます。特に発芽の段階はとてもデリケートで、高温にさらされると休眠状態に近くなり、温度が下がってもなかなか発芽が進まないことがあります。本研究では、発芽を調節するホルモンの働きを抑制する「SlIAA9」という遺伝子に着目し、高温環境下において...

ダンゴムシは、飼育する時に虫かごに石を入れるとよいことが知られています。異なる種類の鉱物を与えて飼育した結果、ダンゴムシは食べた鉱物をそのまま殻にするのではなく、体内で鉱物の構造を作り替えていることを発見しました。生物が鉱物の構造を制御して利用する仕組みの理解につながる成果です。　甲殻類や貝類など多くの生物は、炭酸カルシウムなどの鉱物を利用して硬い外骨格を形成しています。このように生物が体内で鉱物を作る現象は「生体鉱物化（biomineralization）」と呼ばれ、生物材料科学や進化生物学の分野で重要な研究テーマとなっています。　ダンゴムシの外骨格（背殻）は、炭酸カ...

多くの光合成細菌にとって酸素は有害ですが、海洋性紅色非硫黄細菌は酸素存在下でも生育できます。この細菌において光合成を担うタンパク質複合体の構造をクライオ電子顕微鏡で観察したところ、新たな膜タンパク質を発見し、酸素存在下でも効率よくエネルギー変換できる仕組みの一端を解明しました。　光合成細菌は光合成の際に酸素を発生しませんが、太陽光エネルギーを高効率で化学エネルギーへ変換する能力を持ちます。また、植物が利用しない近赤外光を利用でき、淡水や海水、温泉など多様な環境に適応しています。中でも海洋性紅色非硫黄細菌Rhodovulum sulfidophilum は、酸素存在下で...

植物と細菌の根粒共生を制御するタンパク質（マスター制御因子）における分子進化の仕組みを解明しました。根粒共生が始まる前に進化の過程で出現していたアミノ酸配列を利用し、この因子のDNA結合が安定化され、根粒形成、細菌感染、窒素固定に関わる多くの遺伝子を制御可能になっていました。　マメ科など一部の植物は、根に根粒と呼ばれる器官を形成して微生物（窒素固定細菌）を感染させ、共生関係を築いています。この「根粒共生」により、植物は細菌から窒素栄養を受け取る一方、細菌には光合成産物をエネルギー源として提供しています。この仕組みの分子基盤の解明は、基礎生物学と農業への応用の両面から極めて重要です。...

ノンアル飲料の提供は飲酒量の減少に有効な手段として指摘されています。本研究では、1ケースのみの単回提供であっても短期的に飲酒量を減少させる効果が確認されました。これにより、低コストかつ職域にも導入しやすい減酒支援策となる可能性が示されました。　過剰なアルコール摂取は世界的な課題の一つで、国連の持続可能な開発目標（SDGs）にも含まれています。働く世代は特に飲酒率が高く、過度な飲酒は労働生産性の低下にも寄与することから、職域での減酒対策が重要です。過剰な飲酒量を減らすための対策として、アルコールテイスト飲料、いわゆるノンアルコール飲料（以下、ノンアル飲料）の利用が挙げられます。本研究...

動物・菌類からなるオピストコンタ（後方鞭毛生物）の進化的起源を探る上の鍵となる単細胞生物アプソモナドの光回避応答を発見しました。これは、アプソモナドがオピストコンタに近縁である重要な証拠であり、高速振動を行う動物の鞭毛・繊毛が進化してきた道筋を知る上で重要な知見となります。　地球上に暮らす多くの生物にとって光は重要な因子であり、光応答性は、単細胞・多細胞を問わず、真核生物に共通する基本的な特性です。単細胞生物アプソモナドは、動物・菌類からなるオピストコンタ（後方鞭毛生物）の姉妹群で、オピストコンタの進化的起源を理解する上で極めて重要な二本鞭毛の生物です。オピストコンタでは、動物の視...

集団内の遺伝的多様性情報を考慮して種の過去～現在の分布移動を推定する新しい解析手法を開発しました。また、これを用いて、インド・西ガーツ山脈を起源とする、世界で最も価値の高い香辛料であるクロコショウの最終氷期最盛期から現在までの分布移動の歴史を高解像度に明らかにしました。　過去の気候変動は種の分布および遺伝構造形成に大きく影響を与えてきました。これまで、種の分布変遷史は古生態学、植生学、集団遺伝学や系統地理学的手法により評価されており、その手法として、特にこの15年ほどは、種の現在の分布情報と過去～現在の気候変数（気温、降水量など）を用いて種の分布適地を推定する種分布モデルが広く用い...

脊椎動物では骨にカルシウムが蓄えられていますが、ショウジョウバエを用いた研究により、骨を持たない動物においても、カルシウム貯蔵に特化した器官が存在すること、そしてカルシウムが不足した際にホルモンを介してカルシウムを放出する内分泌システムが存在することを見いだしました。　カルシウムは、筋収縮や神経活動など、動物の生存にとって不可欠な生理機能を担うミネラルです。脊椎動物では、副甲状腺ホルモン（PTH）をはじめとするホルモンが、カルシウム貯蔵庫である骨からのカルシウム放出を制御し、血中カルシウム濃度を維持しています。しかし、昆虫など骨を持たない無脊椎動物の体内でのカルシウム濃度調節の仕組...

天然の日本のヒノキと台湾のタイワンヒノキは、約100万年前の琉球列島の分断により分化したと推定されました。また、日本の集団は拡大傾向、台湾の集団は分断・縮小傾向にあることが推定されました。さらに北限や南限などの集団は特徴的な遺伝的特性を持ち、保全の優先度が高いことが示唆されました。　ヒノキは優良建築材として扱われ、日本でスギに次ぐ造林面積と素材生産量を誇ります。その天然林は、北は福島県、南は屋久島までに点在しています。一方、台湾にはヒノキの変種として位置付けられるタイワンヒノキが分布し、かつて日本の社寺建築材として大径材が輸入されていた歴史があります。本研究は、遺伝資源として保全す...

6種の細菌を195種類の培地で増殖させた様子を網羅的に計測し、得られた増殖パターンが、これらの細菌の進化的系統や地理生態的特徴に一致することを発見しました。本研究成果は、制御された実験室内においても自然生態系の再現や進化や生態に関する法則を発見できる可能性を示唆しています。　本研究では、厳密的に制御された実験室内環境下での細菌の網羅的増殖解析を通じて、自然界における生態的ニッチ（生態系内での地位）や進化的関係性を明らかにする新たなアプローチを提案しました。　6種類の細菌を195種類の栄養環境（培地）下で培養し、それぞれの増殖プロファイリングを⾏い、増殖の速さおよび集団サ...

福島第一原発の排水路を通じて同原発の港湾へ流出する放射性セシウム（137Cs）の供給源と変動要因を明らかにしました。タンク水漏洩由来の地下水中トリチウム（3H）を水文トレーサとして活用した成果で、137Csの5割は原子炉建屋に降った雨水が起源の「屋根排水」由来と推定されました。　東京電力ホールディングス・福島第一原子力発電所では2011年3月の事故後、複数の汚染水対策が講じられてきました。その結果、放射性セシウム（137Cs）の海洋流出は大幅に減少しましたが、現在もわずかながら続いており、201...

家具材などに用いられる重要樹種チークの天然分布域とインドネシアの植林木の遺伝的多様性を調査し、遺伝的多様性が気温と強く関係していることが分かりました。また、気候変動下における各集団の適応性を調べたところ、インド南部の集団の適応性が高いことを見いだしました。　気温の上昇や降水パターンの変動、極端気象の頻発など気候変動の顕在化は、森林生態系にも深刻な影響を及ぼしています。特に熱帯林は気候変動に対して脆弱であり、林業もその影響を大きく受けると考えられます。樹木は長寿かつ固着性で、植林から収穫まで何十年もの期間を要するためです。そこで、樹種や樹木集団の気温など外的環境への適応性を知り、早い...

伊豆諸島の10島で過去50年間に本土で分布を拡大した鳥類種が島に定着する一方、ほぼ全島で鳥類の多様性が低下したことが分かりました。捕食者（二ホンイタチ）が導入された4島における鳥類群集の劣化が、複数の島を移動する鳥類の減少を通じて伊豆諸島全体に波及した可能性があります。　海洋島は大陸と一度も陸続きになったことがない島のことで、そこでは独自の生物群集が成り立っています。近年の人間活動は、海洋島の生物群集を変化させており、なかでも捕食者の人為的な導入と環境の改変が深刻な影響を与えていることが、多くの研究によって示されてきました。その一方で、海洋島を含む島の生物群集は、本土から海を越えて...

ホヤの幼生は岩などに固着したあと、数十分経過してから変態を開始し、幼生から成体へと変化します。この時ホヤは、固着から変態開始までの時間を、細胞内の情報伝達を担う環状アデノシン-リン酸（cAMP）という物質の蓄積によって計っていることを明らかにしました。　ホヤは、オタマジャクシ型で活発に遊泳する幼生から、固着性で動かない成体へと変態します。ホヤの変態は幼生が岩などに固着することが引き金となって開始されますが、固着してから数十分経過してから変態を開始することが分かっています。これは固着が強固であることを保証する仕組みだと考えられていますが、ホヤ幼生がこれに必要な時間を計る仕組みは分かっ...

結晶中に空隙を持つ化合物である銅—クロム・プルシアンブルー類似体に圧力を加えることで、内部に保持されていた水分を排出させる現象を見いだしました。本材料は、乾燥地域などでも温度や湿度の制御を必要とせず、加圧のみで水を得ることのできる、新たなオンサイト水生産技術として期待されます。　銅—クロム・プルシアンブルー類似体は、結晶中に空隙（細孔）を持つ化合物です。これに圧力を加えることで、内部に保持されていた水分を排出させる現象を見いだしました。これまでに報告されているオンサイト水生産技術は温度差や湿度差を利用するため、自然環境に依存しやすい上に、長時間の環境変化を待...

ムカデの仲間のゲジ（ゲジゲジ）など多足類の卵巣を電子顕微鏡で詳細に観察し、体細胞が、一般的に細胞間の接触を妨げるはずの基底膜を貫通して卵母細胞と直接接触していることを発見しました。動物で、通説では考えられなかった様式により体細胞と生殖細胞が相互作用していること示唆する成果です。 　動物の体や器官を覆う上皮細胞は、自由に他の細胞と接触したり物質を取り入れたりする頂端側と、その反対側にあって、基底膜と呼ばれる「壁」に裏打ちされて他の細胞との接触が妨げられる基底側という方向性（極性）をもつのが一般的です。例えば、多くの動物の卵巣において、その表面に密に並ぶ濾胞（ろほう）濾胞細...

ツクツクボウシのオスが互いに鳴き声を発する現象を分析しました。オス2匹を近くに置き、2種類の鳴き声を発するタイミングを調べたところ、一方が高潮音と呼ばれる鳴き声を出した直後に、もう一方が合の手と呼ばれる鳴き声を出すという、鳴き方の時間差に関する規則性を発見しました。　ツクツクボウシのオスは大きな声で鳴きますが、2種類の鳴き声が知られています。1つは高潮音と呼ばれ、「オーシンツクツク、オーシンツクツク」と聞こえるリズミカルな鳴き声です。もう1つが合の手と呼ばれるもので、「ジューッ」と聞こえる長めの鳴き声です。2匹のオスを近くに置くと、一方の高潮音に対して、もう一方が合の手を発する現象...

(Image by Iggy Nyx/Shutterstock)　マグマに含まれている気泡の割合が変化すると、その中を伝播する地震波の速度などが変化します。本研究では、マグマ中における地震波のP波の伝播を表現する方程式を数学的に導出し、気泡だけでなく、結晶の割合の増加がP波の伝播速度と波形変...

JAXAの気候変動観測衛星「しきさい」の観測データを用いて、近年の日本における展葉（植物の葉の展開）日を推定したところ、春の高温が顕著だった2023、2024年の展葉が例年よりも早まっていました。このことは、気候変動による高温が、日本の生態系に影響を及ぼしていることを示唆しています。 　温暖化によって春の開花や展葉（植物の葉の展開）が早まる現象は定量的に予測されていましたが、本研究では、2023、2024年に生じた顕著な高温下において、予測と矛盾しない展葉の早期化が生じていることを、衛星の観測データ分析により明らかにしました。 　JAXAの気候変動観測衛星「しきさい...

(Image by metamorworks/Shutterstock)概要本州南岸を東進する「南岸低気圧」は春に頻発し、太平洋側に雨や雪をもたらします。そのメカニズムを数十年間にわたる大気の四次元データを用いて解析し、冬から春にユーラシア大陸上で暖められた大気が東シナ海周...