研究室・教員

植物発生シグナル (中島研究室)

中島敬二教授の顔写真
教授
中島 敬二
助教
宮島 俊介、郷 達明
Email
{ k-nakaji, s-miyash, goh }@bs.naist.jp
研究室HP
https://bsw3.naist.jp/nakajima/

研究・教育の概要

植物発生シグナル研究室では、シロイヌナズナやゼニゴケを用いて、根の発生と成長や、生殖細胞の形成機構を明らかにする研究に取り組んでいます。研究室で独自に開発したイメージング技術に、機械学習を用いた画像解析や数理生物学を融合させ、植物の発生と成長を司る原理の解明を目指します。これらの研究成果は、基礎生物学研究としての重要性に止まらず、植物の生産力を向上させたり、新たな付加価値を生み出すために必要な基盤知識を提供するものです。

主な研究テーマ

根の動的な成長はどのように制御されているのか?

植物の根は、植物個体の固着、栄養や水分の吸収、土壌環境との相互作用など、植物の生命活動を支える重要な役割を担っています。根の機能や成長を最適化するためには、組織の構成や成長動態、さらには代謝経路などの内部動態を、遺伝因子や環境因子に応じて精密に制御する必要があります。モデル植物を用いたこれまでの研究により、根の発生制御因子が多数同定されてきましたが、これらが根の動的な成長をどのように制御しているかについては、ほとんど明らかになっていません。このような未開拓の課題に対するブレークスルーを得るため、私たちの研究室では、伸長中の根の先端におけるオルガネラや細胞の動態、さらには遺伝子の発現動態を、数日間にわたって高解像度にイメージングする顕微鏡技術を開発しました。こうして得られた膨大なデジタルデータを、情報学や数理生物学の専門家と共同で解析することで、根の生長を駆動する作動モデルを構築することを目指しています(図1)。

生殖細胞に特有の形態や機能はどのように樹立されるのか?

卵や精子といった生殖細胞(germ cell)は、有性生殖を行うための特殊な形態や機能を備えています。また分化多能性を発揮するために特殊なクロマチン構造を有していると考えられています。種子植物の生殖細胞は、花器官の奥深くで短時間のうちに作られます。また生殖細胞が機能しない変異体は通常の方法では維持出来ないために、生殖細胞の形態や機能発現を制御する機構については、その大部分が未知のままです。私たちは、陸上植物の祖先的な形質を残し、生殖細胞の形成過程を容易に観察・解析できるゼニゴケと、モデル種子植物として汎用されているシロイヌナズナの遺伝子を比較解析することで、植物界に保存された生殖細胞形成の制御遺伝子RKDや、メスの性分化を制御する鍵遺伝子FGMYBを発見しました。これらの制御因子の機能を詳細に解析することで、植物の生殖細胞に特有の形態や機能が発現する機構を明らかにすることを目指しています(図2)。

図1
(図1)
図2
(図2)

主な発表論文・著作

  1. Miyashima et al., Development, 138, 2303-2313, 2011
  2. Waki et al., Curr. Biol., 21, 1277-1281, 2011
  3. Waki et al. Plant J., 73, 357-367, 2013
  4. Hisanaga et al., Curr. Opin. Plant Biol., 21, 37-42, 2014
  5. Koi et al., Curr. Biol., 26, 1775-1781, 2016
  6. Kamiya et al., Development, 143, 4063-4072, 2016
  7. Nakajima, Curr. Opin. Plant Biol., 41, 110-115, 2018
  8. Miyashima et al., Nature, 565, 490–494, 2019
  9. Hisanaga et al., EMBO J., 38, e100240, 2019
  10. Hisanaga et al., Nature Plants, 5, 663–669, 2019