研究プロジェクト

優れた環境適応能力をもつ植物~基盤原理の解明と作出を目指して~

生物は絶えず,多様な環境ストレスと戦っています。私たちは,生命の基本単位である「細胞の機能」を解析することによって,生物が有する優れた環境適応ダイナミズムの解明を目指しています。

特に,地表に固定したまま生きる植物は,厳しい環境変化に対して,細胞内の微環境を巧みに変化させることで適応しています。また,時には,環境に応じて花を咲かせる,あるいは紅葉・落葉させるといった個体レベルでのダイナミックな変化を誘導することもあります。私達は,植物の持つ優れた環境適応の仕組みを分子レベルで解明することを目指して研究しています。特に,植物の成長・生産性への影響が大きい「栄養ストレス」および「病原体ストレス」への適応戦略に注目し,それらを制御する分子メカニズムの解明を目指しています。植物体を用いた生理学的解析に加えて,植物の環境適応能力を支えるミクロな生命現象(細胞内シグナル伝達・代謝)の実質を担うタンパク質機能(活性,結合,輸送,分解)を多角的な手法で解析しています。

植物の環境適応機構を解明することは,作物収量の向上やエネルギー資源としての植物バイオマスの増産につながるため,人類の抱える課題の解決のためにも極めて重要になります。

上記の研究分野に優れたポテンシャルを示すモデル植物「シロイヌナズナ」を主要な研究材料とし,分子遺伝学や生理・生化学的解析,イメージング解析など多角的な研究を行っています。そして,モデル作物種「トマト(マイクロトム)」を用いた応用研究も試みています。

図

現在進めている主な研究を以下に示します。

植物の栄養バランス感知と適応メカニズムの解明

糖と窒素栄養のバランス(C/Nバランス)

私達ヒトと同様に,細胞内の栄養バランスは植物にとっても重要です。特に,糖(炭素源,C)窒素(N)のバランスは植物の成長に大きく作用します。私達は,長年不明であった植物におけるC/N栄養バランスの感知と適応機構の解明に取組んでいます。地球規模で進行中の大気CO2濃度の増加は,C/Nの乱れにもつながることが分かってきています。また,農業における化学肥料の適切な管理や使用量の低減という観点からもC/Nは重要なポイントになります。C/N応答変異体スクリーニングから得られた鍵因子に関して,多角的な解析を展開しています。特に,ユビキチン化やリン酸化といった翻訳後修飾によるタンパク質細胞内局在性やオルガネラ間の物質輸送制御によるC/Nストレス適応機構の解明に挑んでいます。詳しくは以下のページもご覧ください。

栄養シグナルによる植物の成長相転換制御

窒素による開花タイミングの制御

栄養素は代謝の材料となるだけでなく,細胞内シグナル伝達系を介して,植物の成長を多面的に制御する重要な機能を有しています。古くから,成長相の転換点である「花成」制御における栄養シグナルの重要性については注目されていましたが,その詳しい関係については謎が多いままでした。最近私達は,窒素栄養に応じた花成制御に関わる転写因子を発見しました。この転写因子のリン酸化状態が,土壌窒素量に応じた花成ホルモン“フロリゲン”合成や開花タイミング制御の分子スイッチとして重要な機能を果たすことを発見しました。この転写因子機能の詳細や上流リン酸化キナーゼの機能解明に挑むことで,栄養シグナルと発生んでいます。詳しくは以下のページもご覧ください。

北大プレスリリースページ詳細解説ページ

栄養に応じた植物免疫活性チューニング機構

糖シグナルと免疫シグナルのクロストーク

植物免疫は農作物を病気から守る上で非常に重要です。その一方で,免疫応答は植物成長とトレードオフの関係にあるため,適切な活性に維持する必要があります。私達は,未だ不明な点が多い,植物が自身の栄養状態に応じてどのように免疫活性を最適化するのか,という疑問の解明に挑んでいます。特に,糖は,細胞内のエネルギー源として重要なだけでなく,免疫シグナルへの作用を通して病原体抵抗性に関与することが示唆されています。私達は,糖シグナルと免疫シグナルクロストークの分子機構を明らかにすることで,栄養環境に応じた植物の成長と免疫活性のバランスを最適化するメカニズムの解明に挑んでいます。

植物におけるユビキチンシグナルの機能とは?

ユビキチンシグナルを介した環境適応・成長制御

  • 植物特異的E3 ATLファミリーと脱ユビキチン化酵素の研究(準備中)

過去の研究テーマ

過去の研究テーマ