客观日本

【先驱科研人】以生物学和化学的交叉研究阐明植物气孔的开闭机制,不同领域相互融合发现的植物潜力

2024年04月09日 科学家访谈
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相原 悠介
名古屋大学 变革型生命分子研究所(ITbM) 特任讲师
出生于埼玉县。2012年京都大学研究生院理学研究科生物科学专业博士毕业,获理学博士学位。曾先后担任基础生物学研究所环境光生物学研究部门NIBB研究员、名古屋大学研究生院理学研究科生命理学专业研究员等职务,2022年起任现职。2019〜2023年间担任ACT-X研究者,2022年入选先驱科研人。

Q1. 是什么促使您走上了研究之路?
A1. 想知道生物的运动机理
  有感于恩师的热忱而坚定了研究方向

我从小就对生物的“运动”感兴趣。尤其是植物,虽然看似静止不动地长在地面上或花盆里,但如果长时间,或者从细胞等微观角度观察,就会发现植物其实为了生存和生长等目的也在进行各种运动。这促使我开始思考为什么会产生这些运动,并希望搞清楚这些运动的机理。

我对现在这个研究方向的兴趣,始于在京都大学聆听过的西村Ikuko先生(现京都大学名誉教授)和长谷Akira先生(现任京都大学名誉教授)的授课。他们作为植物学家的深刻见解和满腔热情深深地吸引了我,也激励我也投身于研究的世界。目前,我作为名古屋大学变革型生命分子研究所(ITbM)的一员,正在研究存在于植物表皮上的“气孔”。

Q2. 您的具体研究内容是什么?
A2. 改变阻碍气孔开放的化合物
  抑制切花和白菜等植物的枯萎

ITbM成立于2013年4月,是一所融合生物学和化学的研究基地。多个领域的研究人员汇聚于此,致力于阐明和开发生物运动的源泉——“生物功能性分子(biofunctional molecules)”。我在研究所内从事探索气孔的开闭机制及其控制方法的研究。

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首次发现m-bis-BITC能够赋予白菜耐旱性那一天拍摄的纪念照片。每当看到这张照片,都会回忆起当时的兴奋心情。

气孔是由一对保卫细胞组成,对阳光中的蓝光做出反应而开放,以进行植物内部的气体交换。这种开放动作的引擎是细胞膜上的“质子泵”。尽管植物气孔的作用和反应等知识在初中和高中的理科也学过,但其活化的机制尚未被完全阐明。

在先驱研究项目中,我们成功明确了作为影响气孔开闭的化合物,存在于十字花科植物中的“异硫氰酸苄酯(BITC)”。BITC是植物在受伤等情况下产生的天然化合物,作为芥末的辛味成分也常出现在人们的日常生活中。通过分析,我们发现BITC具有抑制气孔内质子泵的功能,抑制气孔的开放。

基于这一结果,我们与ITbM的有机合成化学团队合作,对BITC的分子结构进行了修改,开发出了超级ITC(m-bis-BITC)。将这种物质喷洒在切花或白菜上,能够抑制由于干燥引起的枯萎,同时也可以作为对人和环境友好的保鲜剂或耐干燥剂。这是汇集了有机合成和催化化学等领域科学家的ITbM获得的特色成果,对我个人的研究也是一个巨大的鼓励。

Q3. 对于有志成为研究人员的人有何建议?
A3. 在享受无尽烦恼的同时
  向着憧憬和目标前进吧

我现在的目标是阐明BITC通过作用于植物细胞的哪些靶点来抑制质子泵的功能的。我希望与研究团队的成员携手合作,继续探究植物尚未被发现的潜力。

研究常常会不尽人意,遭遇大大小小的烦恼也是必然的。然而,研究的乐趣正在于直面这些烦恼并且最终取得成果,由此获得的发现的喜悦也是其他事物无法替代的。

寻找到能够成为自己榜样的人或者书籍也是一个不错的选择。“我也想成为这样的人”——这样的愿望将成为推动研究和人生前进的巨大动力。即将踏上研究之路的各位,也请你们一边享受时而烦恼时而纠结的时光,一边向着自己的憧憬和目标前进吧。(TEXT:横井Manami)

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休息日会到健身房锻炼。调整自己身体状态的时间也是梳理研究中的困惑思绪的最佳时机。

原文:JSTnews 2024年4月号
翻译:JST客观日本编辑部

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