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

植物は組織内で個々の細胞を動かすことができません。したがって、細胞分裂により娘細胞を創り出し、それらを肥大化させ分化させるプロセスは、植物が環境に応じて成長を続ける上で非常に重要です。私達は、幹細胞から始まる細胞分裂や細胞伸長を制御し、植物の器官成長をコントロールする分子メカニズムについて研究しています。また、環境ストレスに対する植物の応答機構を解明することで、変動する環境下での植物の生存戦略について明らかにしようとしています。以下のような研究を通じて、植物の持続的な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、植物バイオマスや食糧の増産に繋がるような新たな技術開発も目指しています。

主な研究テーマ

DNA倍加の分子メカニズム

多くの植物は、細胞分裂後に細胞を肥大化する際に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)を行います。これにより、植物は器官を成長させ、個体を大きくすることができますが、細胞分裂からDNA倍加への移行機構はほとんど明らかにされていません。私達はDNA倍加の分子メカニズムを解明することで、植物の器官成長の制御基盤を明らかにしようとしています(図1)。

環境ストレスに対する生存戦略

移動することができない植物は、外部環境から常に様々なストレスを受けています。こうしたストレスの多くは、遺伝情報を含むDNAに傷をつけることが知られています。私達は、DNA損傷に対する植物独自の応答機構を解明することにより、幹細胞再生や細胞死、細胞分裂停止の制御機構を明らかにし、変動する環境下で植物が発揮する巧みな生存戦略を理解しようとしています(図2)。

器官サイズの保持機構

私達は、維管束での植物ホルモン(サイトカイニン)の合成を制御し、器官サイズを一定に保つ仕組みがあることを発見しました。そこで、この仕組みを制御する細胞非自律的なシグナル経路を解明することにより、植物の器官サイズを決める分子機構を明らかにしようとしています。 私達は、維管束での植物ホルモン(サイトカイニン)の合成を制御し、器官サイズを一定に保つ仕組みがあることを発見しました。そこで、この仕組みを制御するシグナル経路を解明することにより、植物の器官サイズを決める分子機構を明らかにしようとしています。

植物バイオマスや食糧の増産技術

上のような基盤研究の成果を活かし、樹木、果実、穀物などで細胞分裂やDNA倍加を制御することにより、植物バイオマスや食糧の増産を図ろうとしています(図3)。さらに、環境ストレスに強く、生産性が高い植物を創り出すための技術開発も行なっています。

(図1) 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(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1) 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(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2) 植物のDNA損傷応答機構の解析。DNA損傷が起こると、転写因子SOG1を介した情報伝達により、幹細胞の細胞死や再生、細胞周期停止、DNA倍加などが誘導される。
(図2) 植物のDNA損傷応答機構の解析。
DNA損傷が起こると、転写因子SOG1を介した情報伝達により、幹細胞の細胞死や再生、細胞周期停止、DNA倍加などが誘導される。
(図3) 植物バイオマスや食糧の増産技術の開発。細胞周期やクロマチン構造を制御することで、植物の成長をコントロールし、器官の巨大化や代謝産物の高蓄積の実現を目指す。
(図3) 植物バイオマスや食糧の増産技術の開発。
細胞周期やクロマチン構造を制御することで、植物の成長をコントロールし、器官の巨大化や代謝産物の高蓄積の実現を目指す。

主な発表論文・著作

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