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吉本光希 明治大学农学部生命科学科 教授、野田口理孝 京都大学大学院理学研究科 教授 兼 名古屋大学生物機能開発利用研究センター 特任教授、黒谷賢一 同准教授（研究当時：名古屋大学同センター 特任准教授）、篠崎大樹 東京大学大学院農学研究科 助教（研究当時：明治大学研究知財戦略機構 博士研究員）、岡田健太郎 名古屋大学同センター 特任助教、田畑 亮 明治大学农学部農芸化学科 准教授（研究当時：名古屋大学 生命農学研究科 特任講師）、豊岡 公徳 理化学研究所環境資源科学研究センター 上級技師らの研究グループは、植物に接木を実施したときに生じる傷の修復過程にオートファジーが関与していることを発見しました。

接木は二つ以上の植物个体を人為的操作によってつなぎあわせて育成する、有史以前より利用されてきた农业技术です。その成立には个体间の自他认识、伤口からの病原体等の侵入抑制、组织の脱分化、カルス形成、细胞间の癒合、通道组织の再构成など、多数の生理応答が関わっていると考えられますが、まだまだ不明な点が多く残されています。今回、伤口の修復过程において、特に切断面の上侧の细胞群がオートファジーによる自食作用で分解を受けることが新たなカルスの形成を促し、接木の成立に寄与することを示しました。これにより接木や、植物の伤修復时に起こる生理现象の一端が解明され、植物の伤害応答についての理解や、接木の农业利用のさらなる応用につながることが期待されます。

本研究成果は、2025年4月12日に国际学术誌「Nature Communications」にオンライン掲载されました。

オートファジーは真核生物に见られる细胞の分解机构の一つであり、そのメカニズムの解明によって大隅良典博士が2016年、ノーベル生理学?医学赏を受赏されています。オートファジーでは细胞内の小器官（オルガネラ）やタンパク质などの成分を细胞内の分解コンパートメントに输送して分解されます。これによって分解された物质は新たな细胞成分の构成に再利用されると考えられています（図1）。しかし、植物におけるオートファジーの働きについては、まだ未解明な点も多く残されています。

一方、植物の接木は二つ以上の植物をつなぎ合わせることで、良食味、高収量性、耐病性、さらには耐暑性、耐寒性などそれぞれが持つ形质を併せ持った个体として生育させる技术で、农业に不可欠な技术として世界中で利用されています。农业技法として二千年以上の歴史を持ちますが、植物の组み合わせによって接木は成立しないことが未解决の课题であり、接木の成立するメカニズムの科学的な解明が望まれてきました。接木は伤を修復する植物本来の机能を利用した技术であることから、一般に近縁であるほど成立しやすく、远縁になるほど成立しにくくなることが知られています。

本グループが着目するN. benthamiana（ベンサミアナタバコ）は、ナス科タバコ属の植物で、植物科学において最も広く用いられている実験モデル植物の一つです。これまでの本グループの研究によって、ベンサミアナタバコは他の植物よりも极めて高い接木亲和性を持っており、二千年以上の歴史で実现が不可能であると考えられていた异なる科に属する植物间の接木（异科接木）が可能である植物であることが2020年に报告されました。これまでの研究によると、どのような植物も近縁な植物との接木の际には伤の修復机构を一时的に働かせますが（草本性の植物の场合は3日から1週间程度）、ベンサミアナタバコを科の异なる远縁な植物と异科接木した场合、その修復机构は强く长期的に働くことが示唆されました（?数週间）。そのため、ベンサミアナタバコの异科接木を解析することで、接木の成立するメカニズムの理解が进むことが期待されました。

今回、ベンサミアナタバコとシロイヌナズナの异科接木において、接木境界部分の透过型电子顕微镜観察を行ったところ、オートファジーの特徴的な膜构造であるオートファゴソーム^注1と考えられる构造物が见つかりました。オートファゴソームの形成に関わるATG8 遗伝子^注2に蛍光タンパク质である骋贵笔を结合した分子をマーカーとして観察したところ、オートファゴソームは接木境界付近の、特に栄养枯渇が生じる穂木（接木の上の部分）の细胞に顕着に见られました。同様の観察を、近縁な植物种间の接木においても行った结果、オートファジーの活性化は通常の接木（同科接木）においても働くことが分かりました。

また、オートファジーに関わる遗伝子の機能を欠損させた変異体では接木の成功率や、接木後の生育速度が低下することが異科接木においても同科接木においても示されました。さらに、オートファジーの変異体では接木後のどのような現象が損なわれているのかを調べたところ、これらの変異体では接木の傷口に組織の修復のために形成される新規の細胞群であるカルスの量が減少してしまうことが明らかとなりました。このオートファジー変異体におけるカルス形成の不全は、特に栄養欠乏条件下で顕著でした。すなわち、正常な植物では、栄養欠乏条件下でカルス形成を促すには、オートファジーが働くことが重要であるということが示唆されます。興味深いことに、接木でも組織の切断により地上部と地下部の間の栄養供給の流れが断絶され、接木した組織の近傍は、組織が修復されるまでの間は、一時的に栄養欠乏状態となってしまいます。そのため、接木した組織の修復のために傷口で細胞を増殖させる植物にとって、オートファジーを活性化することが特に重要であることが分かりました。

以上のように、接木を行うと一时的に栄养欠乏状态となった伤口でオートファジーが诱导され、接木部位でのカルスの形成が促进されることで、二つの组织の结合が果たされることが明らかとなりました。

植物の接木は农业的に重要な技术の一つですが、その成立には多くの要因が复雑に関わっていると考えられ、包括的な理解が求められています。これまでに本グループでは接木后の细胞间の癒合メカニズムやその后の通道组织の再构筑について知见を深めてきました。今回、カルスの増殖过程におけるオートファジーの関与を示し、接木の分子メカニズムの理解がまた一歩进みました。これらのことから、今后、接木技术のさらなる効率化や、利用范囲の拡大によって、食の安定性、农业の持続可能性がより高まることが期待されます。

本研究は、以下の支援を受けて行われました。

?科学技术振兴机构（闯笔惭闯罢搁194骋）

?科学研究费助成事业（18碍罢0040、19贬05361、19贬05713、20贬03273、21贬00368、21贬05657、22贬04926、22碍06181、24贬02142、25贬01341）

?新エネルギー?产业技术総合开発机构（闯笔狈笔20004）

?公益财団法人キヤノン财団（搁17-0070）

オートファジーによって形成される小胞であり、分解される物质を二重の膜で取り囲んでいる。植物の场合、液胞膜に外膜が融合することで取り込まれ、液胞に含まれる分解机构によって内容物ごと分解される。

オートファジーに関わる遗伝子として酵母では41種類のATG遗伝子が知られており、その多くが動物や植物にも保存されている。ATG8はオートファゴソームに結合して機能していると考えられる。

「オートファジーの植物における意义などは、まだ分かっていないことも多くあります。本研究は接木の成立するメカニズムを知りたいという动机で始まりましたが、その现象は単に农业技术にとどまらず、植物が外部から切断等の伤を受けた际にそれを克服するという生存戦略に本质的に関わっている生理现象の探求につながっていることがわかってきました。」（黒谷贤一）

Autophagy is induced during plant grafting to promote wound healing

（オートファジーは接木によって诱导され、伤の修復を促进する）

Ken-ichi Kurotani*, Daiki Shinozaki*, Kentaro Okada*, Ryo Tabata*, Yaichi Kawakatsu*, Ryohei Sugita, Yuki Utsugi, Koji Okayasu, Moe Mori, Keitaro Tanoi, Yumi Goto, Mayuko Sato, Kiminori Toyooka, Kohki Yoshimoto?, Michitaka Notaguchi?　*First authors, ?Corresponding authors

Nature Communications

図1　植物のオートファジー経路の概略

図の中の番号はATG 遗伝子の番号を表す。オートファゴソームは液胞に癒合して内容物ごと分解される。