第一部

生命の科学の基礎：植物と動物

植物学の最先端
植物のコブは細胞の異常増殖や異常肥大で生じる。中には、分化した細胞や器官が混じった状態で増殖するコブもある。身近でよく見かけるのは昆虫の幼虫が原因でできる虫コブである。カビやキノコの仲間、細菌、ウイルスなどでコブを作るものも知られている。その他に放射線照射や切断処理によってできるものもある。このような、外からの刺激でできるコブの他に、植物自体の遺伝的要因が原因になって、歳をとると自然に生じてくるものもあり、遺伝的腫瘍と呼ばれている。
（資料提供　庄野邦彦）

クラウンゴール
写真はアグロバクテリウムという細菌が感染してできたクラウンゴールと呼ばれるコブを無菌的に培養したもの。植物の組織を培養する時には、通常、無機塩、糖、ビタミン類の他に植物ホルモンのオーキシンやサイトカイニンを培地に加える必要があるがクラウンゴールは植物ホルモンの入っていない培地で増殖できる。それは、この細菌が自分の持っている植物ホルモンの合成に関わる遺伝子などを植物の細胞に送り込む働きを持っているため。送り込まれた植物細胞では植物ホルモンが過剰に作られ、それが原因でクラウンゴールができる。また、その細胞を培養した時にも培地に植物ホルモンを必要としない。この細菌が植物細胞に送り込む遺伝子の間に、他の遺伝子をはさみ込んでおけば、一緒に送り込んでくれる。病気に強い植物や花の色の変わった植物などを作るために、いろいろな遺伝子が植物細胞に導入されているが、多くの場合この細菌の力を借りて行われているのである。

遺伝的腫瘍
2種の野生タバコを掛け合わせて作った子供の雑種植物の中には、植物体の老化が進むと自然にコブを生ずるものがあり、遺伝的腫瘍と呼ばれている。若い植物体でも傷によってコブが生じる。写真は遺伝的腫瘍の細胞を試験管の中で無菌的に培養したもので、芽が混じった状態で増殖する。クラウンゴールの細胞のように植物ホルモンの入っていない培地で増殖でき、植物の腫瘍の性質を示す。
培養した遺伝的腫瘍の細胞は、光照射した条件では腫瘍状態で増殖を続けるが、暗所に移すと正常な形のシュートを生じ、植物体を再生する。この再生植物体は形は正常だが老化や傷で腫瘍が生じ、腫瘍を生じやすいという性質は潜在的に維持されていることがわかる。遺伝的腫瘍の細胞は、光や傷のような外界の刺激に敏感に反応して、腫瘍化したり、植物体の再生を行ったりするので、脱分化や分化を解析するのに適した実験系となる。両親が持っている遺伝的腫瘍の形成に関わる遺伝子の探索も行われている。

光る植物
一つの生物が遺伝子を数万種持っていても、常時すべては発現していない。必要な場所、時期に必要に応じて、適材適所に特定の遺伝子を発現させるというのが、生物が見せる姿である。必要最小限の産物しか常日頃発現しておらず、乾燥、飢餓、光、温度変化、病原体の侵入などを含めた環境の変化に応じて、またそれに耐えうるように特定の遺伝子を発現させる。遺伝子産物の多くはタンパク質となるが、何千種類ものタンパク質が同時に発現している細胞内で、注目するタンパク質のみを追跡することは重要である。そのための手段が開発された。発光クラゲAequorea victoria（オワンクラゲ）が持つグリーン蛍光タンパク質（GFP）というタンパク質遺伝子の利用である。このタンパク質は光を当てるだけで簡単にその発現を見ることができる点で優れている。GFPは全238アミノ酸からなるタンパク質で比較的分子量も26.9kDaと小さい。N端から65-67番目のセリン-チロシン-グリシンと並んだアミノ酸残基部分で新たな結合が起こり、環化して発光団が生まれる。この反応は酸素の存在下で進行する。発光に必要な発色団形成はGFP遺伝子を導入したオワンクラゲ以外の生物でも期待通り進行し、励起光を当てさえすれば発現したGFPは発光することが明らかとなっている。GFPの発光には基質、補酵素のような物質は必要ない。すぐに経費をかけずに暗室で紫外線を当てるまたは蛍光顕微鏡下で検出が可能という非常に有利な点を持っている。
植物ウイルスの植物への感染を例にその応用例を紹介する。植物ウイルスは、自然界では、傷からまたは昆虫による媒介によって植物体に侵入する。初期に感染した細胞でウイルスが複製して子孫ウイルスを産生する。次に子孫ウイルスが周囲の細胞へ広がり、そこで次の複製をする、といった形で２次元的にウイルスの感染が広がる。GFP遺伝子をウイルス遺伝子上に挿入し、ウイルスの複製に伴ってGFPを発現させることを試みた。タバコモザイクウイルス（TMV）がタバコの葉に感染し、細胞間移行によって広がる様子をGFPが発する緑の蛍光によって観察できる。通常の光の下ではウイルスがどこまで広がったかは確認はできない。（資料提供　渡辺雄一郎）



クラウンゴール写真はアグロバクテリウムという細菌が感染してできたクラウンゴールと呼ばれるコブを無菌的に培養したもの。植物の組織を培養する時には、通常、無機塩、糖、ビタミン類の他に植物ホルモンのオーキシンやサイトカイニンを培地に加える必要があるがクラウンゴールは植物ホルモンの入っていない培地で増殖できる。それは、この細菌が自分の持っている植物ホルモンの合成に関わる遺伝子などを植物の細胞に送り込む働きを持っているため。送り込まれた植物細胞では植物ホルモンが過剰に作られ、それが原因でクラウンゴールができる。また、その細胞を培養した時にも培地に植物ホルモンを必要としない。この細菌が植物細胞に送り込む遺伝子の間に、他の遺伝子をはさみ込んでおけば、一緒に送り込んでくれる。病気に強い植物や花の色の変わった植物などを作るために、いろいろな遺伝子が植物細胞に導入されているが、多くの場合この細菌の力を借りて行われているのである。	遺伝的腫瘍 2種の野生タバコを掛け合わせて作った子供の雑種植物の中には、植物体の老化が進むと自然にコブを生ずるものがあり、遺伝的腫瘍と呼ばれている。若い植物体でも傷によってコブが生じる。写真は遺伝的腫瘍の細胞を試験管の中で無菌的に培養したもので、芽が混じった状態で増殖する。クラウンゴールの細胞のように植物ホルモンの入っていない培地で増殖でき、植物の腫瘍の性質を示す。培養した遺伝的腫瘍の細胞は、光照射した条件では腫瘍状態で増殖を続けるが、暗所に移すと正常な形のシュートを生じ、植物体を再生する。この再生植物体は形は正常だが老化や傷で腫瘍が生じ、腫瘍を生じやすいという性質は潜在的に維持されていることがわかる。遺伝的腫瘍の細胞は、光や傷のような外界の刺激に敏感に反応して、腫瘍化したり、植物体の再生を行ったりするので、脱分化や分化を解析するのに適した実験系となる。両親が持っている遺伝的腫瘍の形成に関わる遺伝子の探索も行われている。
光る植物一つの生物が遺伝子を数万種持っていても、常時すべては発現していない。必要な場所、時期に必要に応じて、適材適所に特定の遺伝子を発現させるというのが、生物が見せる姿である。必要最小限の産物しか常日頃発現しておらず、乾燥、飢餓、光、温度変化、病原体の侵入などを含めた環境の変化に応じて、またそれに耐えうるように特定の遺伝子を発現させる。遺伝子産物の多くはタンパク質となるが、何千種類ものタンパク質が同時に発現している細胞内で、注目するタンパク質のみを追跡することは重要である。そのための手段が開発された。発光クラゲAequorea victoria（オワンクラゲ）が持つグリーン蛍光タンパク質（GFP）というタンパク質遺伝子の利用である。このタンパク質は光を当てるだけで簡単にその発現を見ることができる点で優れている。GFPは全238アミノ酸からなるタンパク質で比較的分子量も26.9kDaと小さい。N端から65-67番目のセリン-チロシン-グリシンと並んだアミノ酸残基部分で新たな結合が起こり、環化して発光団が生まれる。この反応は酸素の存在下で進行する。発光に必要な発色団形成はGFP遺伝子を導入したオワンクラゲ以外の生物でも期待通り進行し、励起光を当てさえすれば発現したGFPは発光することが明らかとなっている。GFPの発光には基質、補酵素のような物質は必要ない。すぐに経費をかけずに暗室で紫外線を当てるまたは蛍光顕微鏡下で検出が可能という非常に有利な点を持っている。植物ウイルスの植物への感染を例にその応用例を紹介する。植物ウイルスは、自然界では、傷からまたは昆虫による媒介によって植物体に侵入する。初期に感染した細胞でウイルスが複製して子孫ウイルスを産生する。次に子孫ウイルスが周囲の細胞へ広がり、そこで次の複製をする、といった形で２次元的にウイルスの感染が広がる。GFP遺伝子をウイルス遺伝子上に挿入し、ウイルスの複製に伴ってGFPを発現させることを試みた。タバコモザイクウイルス（TMV）がタバコの葉に感染し、細胞間移行によって広がる様子をGFPが発する緑の蛍光によって観察できる。通常の光の下ではウイルスがどこまで広がったかは確認はできない。（資料提供　渡辺雄一郎）