細胞内共生説によれば、葉緑体やミトコンドリアはかつて独立した細菌で、それぞれシアノバクテリアやα-proteobacteriaに近縁であったと推定されています。その進化史を反映するように、葉緑体やミトコンドリアには独自のゲノム「葉緑体／ミトコンドリアゲノム」が存在しています。葉緑体／ミトコンドリアゲノムは数多くの光合成遺伝子や呼吸に関わる遺伝子をコードしており、光合成や呼吸の中枢として地球上の生命活動を支えています。葉緑体／ミトコンドリアゲノムはさらに多様なタンパク質と結合し折り畳まれることで、「葉緑体／ミトコンドリア核様体」と呼ばれる構造を形成しています。葉緑体／ミトコンドリア核様体は、葉緑体やミトコンドリアにおける染色体ともいうべき構造物であり、DNA複製・修復・遺伝子発現・遺伝の中枢として機能していますが、その詳細な構造や制御機構は未だ謎に包まれています。

図１　マイクロ流体デバイスによってとらえられた葉緑体核様体の分裂過程

(Kamimura et al., Comms. Biol. 2018; 読売新聞（2018.5))

　葉緑体が分裂・増殖するためには、葉緑体がもつDNA（葉緑体DNA）が確実に分配される必要があります。葉緑体DNAは裸で存在せず、様々なタンパク質によって折りたたまれて「核様体」構造をつくります。単細胞緑藻クラミドモナスで、蛍光タンパク質を使うと葉緑体核様体の挙動を生きた細胞で観察することができます （図２：葉緑体の赤い自家蛍光に重なった黄色い輝点）。正常な細胞では、葉緑体核様体は細かく分散することで分裂した４つの葉緑体に均等に分配されます（上左図：矢尻）。ところが、私たちが単離したmonokaryotic chloroplast (moc)1変異体では、たった１つの葉緑体がほとんどの葉緑体核様体を独占してしまいます（上右図：矢尻）。moc1変異体で壊れていたのは、「ハサミ」のように葉緑体DNAを正確に切り分ける酵素でした。下図は、この酵素がDNAオリガミでつくった人工ホリデイジャンクション （下左図：十文字構造）の中央に結合し（下中図：矢印）、それを切断する （下右図）様子を高速原子間力顕微鏡で可視化したものです。地球上の多くの植物がこの酵素を持っており、葉緑体核様体の分配を制御し、光合成や葉緑体生合成を支えています。