研究室・教員

植物生理学 (遠藤研究室)

遠藤求教授の顔写真
教授
遠藤 求
助教
久保田 茜
Email
{endo,akanek}@bs.naist.jp
研究室HP
https://bsw3.naist.jp/endo/

研究・教育の概要

ほとんどの生物は自身の体の中に時計を持っており、それを使って周期的な環境変化を予測し、対応しています。中でもおよそ24時間のリズムを刻む概日時計は、植物では、遺伝子発現や細胞伸長、花芽形成など様々な生理応答に関わっています。私たちの研究室では、高い時空間分解能で解析するための技術開発を行うことで、概日時計の役割を理解することを目標にしています。さらに、概日時計による重要なアウトプットである季節に応じた花芽形成メカニズムを明らかにし、それを制御することも目指します。

これらの研究を通して、植物に対する理解を深めるだけでなく、何が問題であるかを見極めそれに対する適切な検証方法を設定する能力を身につけていきます。

主な研究テーマ

概日時計を介した光周性花成の理解と制御

植物における概日時計の代表的なアウトプットとして光周性花成があります。これまでの研究から、花成ホルモン(フロリゲン)として知られているFTタンパク質(イネではHd3aタンパク質)の発現制御メカニズムやその下流のシグナル伝達経路についての理解はかなり深まってきましたが、概日時計を介してどのように季節を認識しているのかについてはあまり分かっていません。日長以外にも温度や栄養、光質(赤色光と遠赤色光の比)なども概日時計の入力刺激として重要であることから、それらが概日リズムや光周性花成にどのように影響しているのかについて理解を深め、植物の季節認識メカニズムを統合的に理解します。さらに、こうした解析から明らかとなる結果を利用して、非形質転換で花成時期を任意に制御する技術の開発を行います。

概日時計の機能解明

花を咲かせない植物にも概日時計は存在していることから、花成以外にも概日時計は様々な機能を持っていると考えられています。しかし、それがどういったものであるのか、その分子メカニズム、生物学的意義はあまり解明されていません。私たちは、器官・組織・細胞レベルで概日リズムを計測することで、概日時計がどのような機能を持っているかを明らかにしようとしています。特に、細胞分裂や細胞運命決定における概日時計の役割は動植物を超えた共通の仕組であると予想されており、植物細胞の持つ特性を最大限活かすことで、この問題に取り組んでいます。

また、動けない植物であっても時差ボケによりストレスを感じることも明らかになりつつあり、概日時計にはまだ隠された役割が数多くあると予想されます。このように、様々な現象に関わる概日時計の役割を一つずつ解明していくことを目指します。

高い時空間分解能での解析を可能にする新規技術の開発

高い時空間分解能で概日リズムを解析するためには既存の方法では必ずしも十分ではありません。物理的に組織や細胞を単離するだけでなく、非侵襲な測定系や1細胞トランスクリプトームデータ解析のためのアルゴリズムなど新しい発想による測定系・解析系を作ることで、新しい発見を行うためのエンジンとします。

図1
(図1) 概日時計を介した細胞分化制御。葉の葉肉細胞を維管束の道管へと分化誘導すると野生型では、葉の全面に道管の細胞が誘導されるが、時計遺伝子の変異体では全く誘導されない。このことは、概日時計は細胞分化に重要であることを示唆している。
図2
(図2) 概日時計を介した温度、栄養、光質による花成制御メカニズムの理解し、農作物での生長制御につなげる。
図3
(図3) ホタル由来のルシフェラーゼを植物に組み込むことで、目には見えない概日リズムを発光リズムとして、植物を生かしたままで観察することが可能となる。

主な発表論文・著作

  1. Song, Kubota et al., Nat Plants. 4. 824-835, 2018
  2. Uemoto et al., Methods Mol Biol., 1830. 141-148, 2018
  3. Endo et al., Nat Protoc., 11, 1388-1395, 2016
  4. Shimizu et al., Plant Signal Behav., 11, e1143999, 2016
  5. Shimizu et al., Nat Plants., 1, 15163, 2015
  6. Endo et al., Nature, 515, 419-422, 2014
  7. Niwa et al., Plant Cell, 25, 1228-1242, 2013
  8. Endo et al., Proc Natl Acad Sci U S A, 110, 18017-18022, 2013