研究室・教員

植物代謝制御 (出村研究室)

出村拓教授の顔写真 加藤晃准教授の顔写真
教授
出村 拓
准教授
加藤 晃
助教
大谷 美沙都、 國枝 正
Email
{ demura, kou, misato, kunieda-t }@bs.naist.jp
研究室HP
http://bsw3.naist.jp/demura/

研究・教育の概要

持続可能な社会の構築に向けて、エネルギー生産、環境再生、食糧増産に役立つ植物の創出と活用に関する研究と教育を行っています。モデル植物や実用植物のオミクス情報や分子生物学的研究成果をもとに、植物細胞分化の制御機構の解明や、植物遺伝子発現調節機構の解析を行い、有用バイオマス植物作出につながる新規バイオテクノロジーの開発を進めます。

主な研究テーマ

有用バイオマス植物の開発

様々なモデル研究システム(シロイヌナズナや培養細胞)を用いて、木質バイオマスを構成する木質細胞(道管細胞、繊維細胞)の分化を制御するしくみの解明に取り組んでいます。とくに、オミクス(ゲノム、トランスクリプトーム、プロテオーム、メタボローム)情報をベースにした統合的な解析を進めており、これまでに木質細胞の分化を制御する重要な遺伝子や木質バイオマスの本体である植物細胞壁の生合成に関わる遺伝子の発見に成功しています(図1)。現在、これらの成果をもとに、木質バイオマスを改良した有用なバイオマス植物(とくに早生樹木であるポプラ)の開発にも取り組んでいます(図2)。さらに、コケ植物、シダ植物、裸子植物など多様な植物種を用いた進化発生的研究を通して(図3)、有用バイオマス植物作出に向けたより汎用性の高い基盤技術の開発研究を推進しています。

有用トランスジェニック植物の開発(有用物質生産)

これまでに植物への外来遺伝子導入技術が確立され、植物機能を利用・改良する試みが盛んに行なわれていますが、導入遺伝子が安定に発現しないことや目的タンパク質が高蓄積しない問題があります。これら問題の要因を明らかにするとともに、「①導入遺伝子を安定に発現させる技術開発」「②翻訳レベルで高発現させる技術開発」に取り組んでいます(図4)。得られた成果を踏まえながら、実際に複数の企業と共同で有用代謝産物、工業用酵素、ワクチンタンパク質を高生産する植物を作出しています。

新たなクローン増殖技術の開発

植物の特徴である高い器官再生能力は、挿し木や組織培養といったクローン増殖技術に応用されている産業的にも重要な形質です。しかしながら、この能力は植物種によって大きな差があり、一部の有用植物ではクローン増殖効率の低さが問題になっています。こうした難点を克服するため、植物の器官再生(図5)の分子メカニズムについて、遺伝子、酵素、低分子化合物といった切り口から多角的に研究しています。

図1
(図1) 道管細胞分化のマスター転写制御因子VND7
当研究室ではVND7の活性化による道管細胞分化誘導実験系を確立しています。この系を用い、植物細胞壁の生合成や制御に係る遺伝子の解明に取り組んでいます。
図2
(図2) モデル樹木のポプラの木質バイオマスの改良
図3
(図3) モデルコケ植物ヒメツリガネゴケ変異体
道管細胞分化マスター因子であるVND7のホモログ遺伝子を欠損したppvns変異体では葉や茎の通水細胞(h)が異常になり、水輸送の能力が低下します。さらに支持細胞(s)の細胞壁がうすくなります。
図4
(図4) 導入遺伝子を安定に高発現させる基盤技術
図5
(図5) シュート再生に異常を示すシロイヌナズナ変異体srd2-1およびrid1-1
pre-mRNAスプライシング制御異常が起こる変異体srd2-1およびrid1-1では、温度依存的にシュート再生が異常になります。

主な発表論文・著作

  1. Noguchi M. et al., Plant Biotechnol, in press
  2. Ueno D. et al., J. Biosci. Bioeng, in press
  3. Ohtani M. et al., Plant Signal Behav, in press
  4. Ohtani M. Front Plant Sci, 8, 2184, 2018
  5. Tan T. et al., Plant Physiol, 176, 773-789, 2018
  6. Yamasaki S. et al., J. Biosci. Bioeng., 125,124-130, 2018
  7. Kawabe H. et al., Plant Cell Physiol, 59, 17-29, 2018
  8. Ohtani M et al. J. Exp. Bot. 68, 17-26, 2017
  9. Ohtani M. J. Plant Res. 130, 57-66, 2017
  10. Ohtani M. et al., Plant Physiol, 172, 1612-1624, 2016
  11. Okubo-Kurihara E. and Ohtani M. et al. Sci. Rep. 6, 34602, 2016
  12. Watanabe Y. et al., Science, 350, 198-203, 2015
  13. Limkul J. et al., Plant Sci, 240, 41-49, 2015
  14. Yamasaki S. et al., Plant Cell Physiol, 56, 2169-2180, 2015
  15. Rejab NA. et al., Plant Biotechnol, 32, 343-347, 2015
  16. Endo H. et al., Plant Cell Physiol, 56, 242-54, 2015
  17. Ohtani M. et al., J Plant Res, 128, 371-80, 2015
  18. Nakano Y. et al., Front Plant Sci, 6, 288, 2015
  19. Yamaguchi M. et al., Plant Biotechnol, 32, 119-123, 2015
  20. Xu B. et al., Science, 343, 1505-1508, 2014