【研究領域課題番号】18H03996 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シロイヌナズナ / 浸透圧ストレス応答 / シグナル伝達機構 / ストレス感知システム / SnRK2キナーゼ / RAFキナーゼ / オスモセンサー / 植物 / 浸透圧ストレス / リン酸化カスケード

【研究成果の概要】

乾燥や高塩濃度などの浸透圧ストレス時の初期にABAを介さずに活性化するサブクラスI SnRK2の相互作用因子として、３つのB4-RAF様キナーゼを同定した。これらのキナーゼは、サブクラス I SnRK2とともにP-ボディにおいて共局在し、浸透圧ストレス時にサブクラス I SnRK2を特異的にリン酸化して活性化することを示した。さらに、多重変異体のトランスクリプトーム解析や生育観察から、これらのキナーゼはサブクラス I SnRK2の上流因子であることを示した。一方、同様の手法を用いて種類の異なるRAFがABAによって活性化されるサブクラス III SnRK2の上流因子であることを明らかにした。

【研究の社会的意義】

乾燥などの浸透圧ストレスを感知した植物は、遺伝子発現を制御して耐性を獲得するが、そのシグナル伝達系には植物ホルモンのABAを介した経路に加え、ABAを介さない経路が存在する。本研究ではABAが合成される前の初期のストレス応答で重要な機能を果たしている因子であるRAF様キナーゼが同定され、浸透圧ストレスの受容体に迫る重要因子が明らかにされた。得られた研究成果はNature Commun.などのレベルの高い学術誌に掲載された。また、同定された遺伝子は環境ストレス耐性作物開発のために利用できると考えられ、地球環境劣化に対応した食料問題や環境問題の解決に貢献できると期待される。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】44,720千円 (直接経費: 34,400千円、間接経費: 10,320千円)

【研究分野】植物分子・生理科学

【研究領域課題番号】17K07437 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

トレニア / シロイヌナズナ / シュート再生 / 表皮細胞 / 脱分化 / 細胞分裂 / シュート頂分裂組織 / 不定芽 / サイトカイニン / 遺伝子発現 / 遺伝子 / 細胞・組織 / 植物 / 発生・分化

【研究成果の概要】

本研究では、茎断片の表皮細胞が脱分化・増殖し、カルス相なしに不定芽のシュート頂分裂組織（SAM）を新たに形成する、トレニアの直接シュート再生系を用い、脱分化とSAM新構築について、細胞学的解析とトランスクリプトーム解析を行った。その結果、サイトカイニンに応答した表皮細胞の核小体の発達と細胞分裂の再開、光依存の細胞増殖の活性化を経て、増殖細胞の領域化が起き、SAMが構築されることなどが明らかになった。また、シロイヌナズナの2段階シュート再生系との比較から、基本的な経路は大きく異なること、しかしそれにも関わらず共通した発現変動を示す遺伝子群が存在することなどがわかった。

【研究の社会的意義】

本研究では、トレニアの直接シュート再生系を解析し、多くの情報を蓄積したほか、シロイヌナズナの２段階シュート再生系と比較して、基本的な経路が大きく異なるにもかかわらず、同じような発現変動を示す遺伝子セットが存在することを見出した。これらの結果は、シュート再生の経路に関する新知見を提供するとともに、再生の遺伝子ネットワークに経路によるものと経路によらないものがあることを示唆している。広く細胞リプログラミングやパターン生成の共通素子を理解することにつながり、その点で大きな学術的意義がある。また、シュート再生能の制御に応用することで、植物バイオテクノロジーにも貢献できる可能性がある。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)

【研究分野】植物分子・生理科学

【研究領域課題番号】17H03692 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脂質 / 脂質輸送タンパク質 / ホスファチジルコリン / コンタクトサイト / シロイヌナズナ / ゼニゴケ / 葉緑体 / 小胞体 / 合成脂質プローブ分子 / 脂質輸送メカニズム / 植物 / 生理学

【研究成果の概要】

本研究では、植物細胞での脂質輸送に関わっているオルガネラ間のコンタクトサイトや脂質輸送タンパク質（LTP）の実体を明らかにするために、バイオインフォマティックスや合成脂質分子プローブを用いた生化学・分子生物学的な解析を行った。その結果、ホウレンソウから単離した葉緑体の包膜に、ホスファチジルコリン（PC）の輸送に関わっている可能性のある複数のPC結合タンパク質を検出することに成功した。また、ゼニゴケのゲノムに見出したSTARTドメインを持つタンパク質のうちの１つが、小胞体と葉緑体のコンタクトサイトに局在し、小胞体から葉緑体へのPC輸送を担っている可能性があることを明らかした。

【研究の社会的意義】

植物細胞において脂質輸送に関わっているオルガネラ間のコンタクトサイトやLTPの実体は殆どわかっていない。本研究によって得られた成果は、脂質輸送における「オルガネラ間の相互作用と輸送メカニズム」を解き明かす端緒となるであろう。また、得られた知見に基づいて、将来的には脂質輸送システムを人為的に制御することが可能となり、細胞内に分配される各脂質分子の部位特異的な機能の解明に大きく貢献するものと考えられる。さらに、輸送システムを人為的に制御することにより、輸送の生理的意義の解明および多様なストレスに適応する植物の作出にも貢献することが期待される。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)

【研究分野】植物分子・生理科学

【研究領域課題番号】16K18569 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

RNA代謝 / 転写制御 / 植物 / 細胞増殖 / 器官再生 / 細胞分化能 / シロイヌナズナ / pre-mRNAスプライシング / ＲＮＡ代謝 / 転写 / カップリング制御

【研究成果の概要】

本研究では、植物の器官再生を制御する新たな分子機構の解明を目指し、遺伝子発現制御の要であるRNA（リボ核酸）の生合成と代謝に着目した研究を行った。その結果、植物の器官再生に関わる新たな転写因子（RNAの生合成を担うタンパク質）としてCPNDを見出すことに成功し、これまで報告されてきたRNA代謝異常による器官再生阻害が、このCPNDを介して起こっていることを明らかにした。これは、特定の転写因子を介した転写－RNA代謝のカップリング制御が植物の器官再生に重要であることを初めて示す重要な成果であった。

【研究の社会的意義】

本研究成果は、植物の器官再生の分子機構において、これまで想定されてこなかった転写―RNA代謝のカップリング制御という全く新しい視座をもたらすという点で、学術的に非常に意義高いものとなった。さらに、クローン増殖技術向上につながる分子育種ターゲットを多く見出すことに成功しており、産業技術開発への高い貢献が見込まれることから、社会的にも一定以上の意義をもつ研究成果となったと考えている。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究分野】応用分子細胞生物学

【研究領域課題番号】15H04628 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

植物 / mRNA制御 / 環境応答 / 高温ストレス / ストレス顆粒 / P-ボディー / RNA顆粒 / シロイヌナズナ / mRNa分解 / 翻訳抑制 / イネ / 野外環境 / 生体機能利用 / 環境対応 / 気候変動 / 環境調和型農林水産 / mRNA分解 / 脱キャップ酵素 / ストレス / バイオテクノロジー / プロセッシングボディー / RNAプロファイリング

【研究成果の概要】

植物が高温などのストレスを受けた際、細胞内に現れるRNA顆粒ーPボディーとストレス顆粒ーについて、ストレス耐性を付与する機能との関連を解析した。ストレス高温処理直後から、分単位で見られる非常に早い変化であった。DCP1 によるPボディーは平常時から存在し、DCP2がそこに集結、ストレス顆粒はそれとは独立に形成されるが、P-ボディーと離合集散する構造として観察された。ストレス耐性の際増加するmRNA、不安定化するmRNA種類はそれぞれ7-8,000種。Pボディーを構築するタンパク質や含まれるRNA種を解析した。mRNAプロファイルの変化に関連している顆粒としてP-ボディーを捉えることができた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】15,600千円 (直接経費: 12,000千円、間接経費: 3,600千円)

【研究分野】植物分子・生理科学

【研究領域課題番号】26650090 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

RNA顆粒 / ストレス顆粒 / P-body / シロイヌナズナ / 植物 / 免疫電顕

【研究成果の概要】

RNA顆粒とはmRNAの輸送、翻訳抑制、分解、低分子RNAの機能発現などの転写後制御を行う構造物であり、RNAとタンパク質からなる細胞質の超巨大複合体である。本研究では植物の細胞質RNA顆粒であるストレス顆粒とP-bodyの免疫電子顕微鏡観察を行った。その結果、RNA顆粒はおおよそ100から300 nm程度の直径であり、顆粒内部には繊維状構造が確認された。また顆粒内部では電子顕微鏡で容易に観察できるリボソーム顆粒が排除されていることを明らかにした。本研究は未知であった植物RNA 顆粒の形態を明らかにし、今後の植物RNA顆粒研究の礎を提供した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2014-04-01 - 2016-03-31

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】応用生物化学

【研究領域課題番号】26660088 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

植物 / ゲノム / 有性生殖 / 全ゲノム関連解析 / シロイヌナズナ

【研究成果の概要】

有性生殖では、異なる雌雄ゲノム間の相互作用を介して交配相手が選抜され、生まれてくる多様なゲノム組み合わせを持つ子孫が再度自然選択により選抜される。この雌雄ゲノム間の相互作用を介した受精前後の選抜は、種の存続を支える基盤となっているが、系の複雑さゆえに相関遺伝子の実体解明は遅れている。本研究ではこの雌雄ゲノム間相互作用の解析に、シロイヌナズナの野生系統を用いた全ゲノム関連解析が有効であることを示した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】植物分子生物・生理学

【研究領域課題番号】24657030 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

植物 / 生殖 / 花粉 / 有糸分裂 / タペート細胞 / イメージング / シロイヌナズナ / 葯 / 細胞分裂 / 細胞質分裂 / 染色体倍加 / ライブイメージング / 減数分裂 / 花粉母細胞 / GFP / チューブリン / 細胞周期 / RFP

【研究成果の概要】

タペート細胞は葯壁の最内層を構成し、発達中の花粉が必要とするさまざまな物質を供給する哺育細胞である。この細胞の特徴は核を2個ずつ持つことである。我々はシロイヌナズナを用いたライブイメージングに取り組み、この二核化は葯内のタペート細胞で同調的に進行することを明らかにした。このとき前期前微小管束や隔膜形成体が正常に形成されておらず、これが有糸分裂は進行するのに細胞質分裂が起こらない原因であると推定した。一方、葯の発達後期では、タペート細胞はその崩壊に先立ってプロトプラスト化し、葯室内に潜り込むことがわかった。全ての花粉に均一にポレンコートを形成するのに寄与していると推定される。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)

【研究分野】応用生物化学

【研究領域課題番号】21248014 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

情報伝達 / 植物生殖 / 自家不和合性 / アブラナ科 / ナス科 / 植物 / シグナル伝達 / 生殖 / シロイヌナズナ

【研究成果の概要】

アブラナ科およびナス科植物の自家不和合性の分子機構解明を目的とした。アブラナ科では、主に雌ずい因子(SRK受容体キナーゼ)による花粉因子(SP11リガンド)の受容以降の情報伝達系の解明を進め、新たな因子候補の同定や変異株の取得に成功した。ナス科植物では、花粉因子(SLF)が複数のF-boxタンパク質群からなることを発見し、これらが非自己の雌ずい因子(S-RNase)を分担して認識するとする「協調的非自己認識モデル」を提唱した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】47,190千円 (直接経費: 36,300千円、間接経費: 10,890千円)

【研究分野】形態・構造

【研究領域課題番号】19570060 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シロイヌナズナ / ヒメツリガネゴケ / カラマツ / ANGUSTIFOLIA / EvoDevo / 植物 / 遺伝子 / 進化 / 発生・分化 / 形態形成

【研究成果の概要】

ANGUSTIFOLIA(AN)遺伝子は、シロイヌナズナにおいて葉の細胞の横幅方向への極性伸長やトライコームの分岐数の制御に関わっている。ヒメツリガネゴケの持つ4つのAN遺伝子(PpAN)についてそれぞれ遺伝子破壊実験を行ったが、単一遺伝子の機能欠損では、野生型と異なる形態変化は生じなかった。また、PpAN1-1が茎葉体の茎の部分で強く発現することを見いだした。更に、カラマツ及びゼニゴケのAN遺伝子はシロイヌナズナ中でANと同等の機能を持つことを明らかとした。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】応用生物化学

【研究領域課題番号】18380069 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シグナル伝達 / 植物 / 生殖 / リン酸化 / キナーゼ / 自家不和合性 / アブラナ科 / シロイヌナズナ

【研究成果の概要】

本研究は、アブラナ科植物の自家和合性変異株の原因遺伝子として同定された膜アンカー型細胞質キナーゼMLPKの自家不和合性情報伝達における機能解明を目的として行われた。
1.MLPKの機能の解明
MLPKが転写開始部位を異にする2種類の転写産物を介してN末端配列の異なる2種類の蛋白質に翻訳されること、両者共に乳頭細胞で発現し異なる機構で細胞膜上に局在すること、雌ずい因子のSRK受容体型キナーゼと直接相互作用し自家不和合性の情報を伝達する能力を有することを明らかにした。MLPKがSPKと共に花粉因子SP11に対する受容体複合体を構成している可能性を提唱した。
2.MLPKの標的分子の特定
酵母two hybrid系を用いてMLPKと相互作用する柱頭発現タンパク質を複数同定した。さらに、発現タンパク質を用いたin vitro結合実験およびin vitroリン酸化実験等により標的分子の絞り込みを行った。活性型MLPKとのみ特異的に結合し、高選択的にリン酸化される分子も存在し、有力なMLPK標的分子としてさらなる解析を継続中である。また、シロイヌナズナにおけるMLPKのオーソログ遺伝子と推定されるAPK1b遺伝子についてタグライン解析を行ったが、野生型と比較して異なる表現型は認められなかった。APKlbが自家不和合性の情報伝達系においてのみ機能している可能性と、他の機能も有するが遺伝子の冗長性により表現型が現れない可能性が示唆された。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2006 - 2007

【配分額】16,860千円 (直接経費: 14,700千円、間接経費: 2,160千円)

【研究分野】分子生物学

【研究領域課題番号】15370072 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

転写因子 / Dofタンパク質 / 転写制御 / 植物 / シロイヌナズナ / Dof transcription factor

【研究成果の概要】

植物特異的なDof転写因子のさまざまな生理的役割が既に示唆されているが、Dof転写因子の役割の大部分は未知である。モデル植物であるシロイヌナズナを用いてDof転写因子群の網羅的解析を行い、この転写因子群の全体像に迫ることが本研究の目的である。シロイヌナズナのすべてのDof遺伝子の発現をRT-PCRによって解析し、36個存在するDof遺伝子のほとんどは発現しているが、6つの遺伝子は発現していない、あるいはその発現は非常に微弱であることがわかった。個々の遺伝子の発現の組織特異性を調べ、幾つかのDof遺伝子の発現には組織特異性があることを明らかにした。さらに、GUSレポーター遺伝子を用いて詳細な解析を行い、AtDof5.8プロモーターは芽生えでは茎頂部分の若い葉と葉原基でのみ活性を示すことと胚や花原基でも活性を示すことがわかった。AtDof2.3プロモーターは根において特に強い活性を示し、胚軸に近い部分の中心柱の細胞と根冠で特に強い活性を示した。AtDof2.4プロモーターは、芽生えでは葉の原基と根端の前維管束細胞で活性を示し、胚発生の過程においては前維管束細胞で活性を示した。これは葉の背腹性の決定に関与するホメオボックス遺伝子ATHB8の発現パターンと非常に類似していた。一方で、Dof転写因子の機能について検討するために、Ac/DsトランスポゾンあるいはT-DNAの挿入によって特定の遺伝子の機能が破壊されている株の表現型解析を行った。17個のDof遺伝子について解析を行い、関係の近い二つの遺伝子(AtDof3.1とAtDof5.8)における変異は、ともに糖に対する感受性を変化させることがわかった。さらに、AtDof2.4を過剰発現させた形質転換体で、葉がカールするという葉の背腹性の異常を示唆する結果も得た。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2003 - 2005

【配分額】12,700千円 (直接経費: 12,700千円)