客觀日本

【先驅科研人】以生物學和化學的交叉研究闡明植物氣孔的開閉機制,不同領域相互融合發現的植物潛力

2024年04月09日 科學家訪談
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相原 悠介
名古屋大學 變革型生命分子研究所(ITbM) 特任講師
出生於埼玉縣。2012年京都大學研究生院理學研究科生物科學專業博士畢業,獲理學博士學位。曾先後擔任基礎生物學研究所環境光生物學研究部門NIBB研究員、名古屋大學研究生院理學研究科生命理學專業研究員等職務,2022年起任現職。2019〜2023年間擔任ACT-X研究者,2022年入選先驅科研人。

Q1. 是什麼促使您走上了研究之路?
A1. 想知道生物的運動機制
  有感於恩師的熱忱而堅定了研究方向

我從小就對生物的「運動」感興趣。尤其是植物,雖然看似靜止不動地長在地面上或花盆裏,但如果長時間,或者從細胞等微觀角度觀察,就會發現植物其實爲了生存和成長等目的也在進行各種運動。這促使我開始思考爲什麼會產生這些運動,並希望搞清楚這些運動的機制。

我對現在這個研究方向的興趣,始於在京都大學聆聽過的西村Ikuko先生(現京都大學名譽教授)和長谷Akira先生(現任京都大學名譽教授)的授課。他們作爲植物學家的深刻見解和滿腔熱情深深地吸引了我,也激勵我也投身於研究的世界。目前,我作爲名古屋大學變革型生命分子研究所(ITbM)的一員,正在研究存在於植物表皮上的「氣孔」。

Q2. 您的具體研究内容是什麼?
A2. 改變阻礙氣孔開放的化合物
  抑制切花和白菜等植物的枯萎

ITbM成立於2013年4月,是一所融合生物學和化學的研究基地。多個領域的研究人員匯聚於此,致力於闡明和開發生物運動的源泉——「生物功能性分子(biofunctional molecules)」。我在研究所内從事探索氣孔的開閉機制及其控制方法的研究。

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首次發現m-bis-BITC能夠賦予白菜耐旱性那一天拍攝的紀念照片。每當看到這張照片,都會回憶起當時的興奮心情。

氣孔是由一對保衛細胞組成,對陽光中的藍光做出反應而開放,以進行植物内部的氣體交換。這種開放動作的引擎是細胞膜上的「質子泵」。儘管植物氣孔的作用和反應等知識在國中和高中的理科也學過,但其活化的機制尚未被完全闡明。

在先驅研究專案中,我們成功明確了作爲影響氣孔開閉的化合物,存在於十字花科植物中的「異硫氰酸苄酯(BITC)」。BITC是植物在受傷等情況下產生的天然化合物,作爲山葵的辛味成分也常出現在人們的日常生活中。透過分析,我們發現BITC具有抑制氣孔内質子泵的功能,抑制氣孔的開放。

基於這一結果,我們與ITbM的有機合成化學團隊合作,對BITC的分子結構進行了修改,開發出了超級ITC(m-bis-BITC)。將這種物質噴灑在切花或白菜上,能夠抑制由於乾燥引起的枯萎,同時也可以作爲對人和環境友好的保鮮劑或耐乾燥劑。這是彙集了有機合成和催化化學等領域科學家的ITbM獲得的特色成果,對我個人的研究也是一個巨大的鼓勵。

Q3. 對於有志成爲研究人員的人有何建議?
A3. 在享受無盡煩惱的同時
  向着憧憬和目標前進吧

我現在的目標是闡明BITC透過作用於植物細胞的哪些靶點來抑制質子泵的功能的。我希望與研究團隊的成員攜手合作,繼續操作探究植物尚未被發現的潛力。

研究常常會不盡人意,遭遇大大小小的煩惱也是必然的。然而,研究的樂趣正在於直面這些煩惱並且最終取得成果,由此獲得的發現的喜悅也是其他事物無法替代的。

尋找到能夠成爲自己榜樣的人或者書籍也是一個不錯的選擇。「我也想成爲這樣的人」——這樣的願望將成爲推動研究和人生前進的巨大動力。即將踏上研究之路的各位,也請你們一邊享受時而煩惱時而糾結的時光,一邊向着自己的憧憬和目標前進吧。(TEXT:橫井Manami)

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休息日會到健身房鍛鍊。調整自己身體狀態的時間也是梳理研究中的困惑思緒的最佳時機。

原文:JSTnews 2024年4月號
翻譯:JST客觀日本編輯部

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