研究室・教員

植物成長制御 (梅田研究室)

梅田正明教授の顔写真
教授
梅田 正明
助教
高塚 大知、髙橋 直紀
Email
{ mumeda, h-takatsuka, naoki }@bs.naist.jp
研究室HP
http://bsw3.naist.jp/umeda/

研究・教育の概要

植物は一生を通じて器官形成を続ける生き物です。器官形成を胚発生後すぐに終える動物とは全く異なります。このような植物の成長様式を支える根源は幹細胞とDNA倍加です。私達は、植物の幹細胞がいかに維持され細胞を生成し続けるのか、また細胞分裂を終えた細胞はどのようにDNA倍加を始め細胞を巨大化させるのか、という点に興味をもち、その分子メカニズムを解明しようとしています。このような研究を通して、植物の成長を支える柔軟かつ頑強な制御システムを理解するとともに、食糧や木質バイオマスの増産に繋がるような新たな技術開発を目指しています。

主な研究テーマ

植物の幹細胞の維持機構

セコイアが3000年以上生き続けるように、植物の寿命は非常に長いです。一方で、植物は一生を通じて成長を続け、個体を大きくする特徴をもっています。このような成長様式は、様々な環境や物理的なストレスに曝されても幹細胞が一生を通じて維持され機能することにより可能となります。しかし、植物の幹細胞の維持機構についてはほとんど知見が得られていません。私達は、幹細胞ニッチを完全に失った際に新たな幹細胞ニッチを再生する機構について明らかにしようとしています。また、環境ストレスにより幹細胞が死滅した際に、新たに幹細胞を再生する機構について解析しています(図1)。これらの研究は、植物に特徴的な分化全能性や組織再生のプロセスの理解に繋がると期待されます。

DNA倍加の誘導機構

植物の多くは細胞分裂を終えた後にDNA倍加(細胞周期の分裂期をスキップしてDNA複製のみを繰り返す現象)を行い、細胞を巨大化します(図2)。DNA倍加は器官・個体を大きくする原動力となることから、地球上の植物バイオマス生産のかなりの部分はDNA倍加に依存していると言えます。しかし、DNA倍加の誘導機構については不明な点が多く、その誘発技術も確立されていません。私達は、DNA倍加の誘導に細胞周期の制御だけでなく、クロマチンの構造制御も重要であることを見出しました。この発見により、DNA倍加の誘導機構について全く新たな知見が得られるものと期待されます。また、穀物・果実・樹木でDNA倍加を誘発する技術を開発し、食糧や木質バイオマスの増産に貢献しようとしています(図3)。

(図1)
(図1) 根における幹細胞の再生。
(上)根の先端を切除し幹細胞ニッチを取り去ると、植物は新たな幹細胞ニッチを再生する。(下)環境ストレスに曝されると、植物の幹細胞は細胞死を起こす。その後、QC細胞(白色)が分裂して、新たな幹細胞を生み出す。
(図2)
(図2) シロイヌナズナの葉表皮を構成する様々な細胞。
気孔を作る孔辺細胞(赤)は2C、トライコーム細胞(緑)は32C、その他の細胞は4C~16CのDNA倍数性を持っている。DNA倍加により倍数性が高くなると、細胞が肥大化する。
(図3)
(図3) DNA倍加の誘発による食糧や木質バイオマスの増産技術の開発。

主な発表論文・著作

  1. TWeimer A.K. et al., EMBO J., 35, 2068-2086, 2016
  2. Takatsuka H. et al., Plant J., 82, 1004-1017, 2015
  3. Kobayashi K. et al., EMBO J., 34, 1992-2007, 2015
  4. Yin K. et al., Plant J., 80, 541-552, 2014
  5. Yi D. et al., Plant Cell, 26, 296-309, 2014
  6. Takahashi N. et al., Curr. Biol., 23, 1812-1817, 2013
  7. Yoshiyama K.O. et al., EMBO Rep., 14, 817-822, 2013
  8. Nobusawa T. et al., PLoS Biol., 11, e1001531, 2013
  9. Breuer C. et al., EMBO J., 31, 4488-4501, 2012
  10. Adachi S. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 108, 10004-10009, 2011
  11. Kono A. et al., Plant Cell, 19, 1265-1277, 2007
  12. Yamaguchi M. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 100, 8019-8023, 2003
  13. Umeda M. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 97, 13396-13400, 2000