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」「③mRNAの安定化に関する技術開発」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。

植物の力学的最適化メカニズムに基づく基盤技術の開発

植物は発生や環境応答の過程で自らの身体構造を力学的に最適な形へと変化させています。このような植物の力学的に優れた構造システムを、生体分子、細胞、組織、個体とさまざまなスケールから解析し、そのメカニズムを明らかにすることに取り組んでいます。得られた成果をもとに、植物の高機能化といった次世代バイオ基盤技術の確立をはじめ、地震や台風、四季の温度差などの日本という国土固有のさまざまな環境因子に調和したサステナブル建築への応用展開を目指しています。