花発生分子遺伝学研究室
Plant Stem Cell Regulation and Floral Patterning

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Research

主な研究テーマ

私達はこれまで、有限成長をする花において幹細胞の増殖と分化をつかさどる時空間特異的な遺伝子発現には、クロマチンレベルの制御が重要な役割を果たしていることを明らかにしてきました。今後は植物の花発生における時空間特異性の制御機構にあわせて、複数の遺伝子産物が調和的に機能する機構、さらには花発生経路の可塑性と頑強性の理解を進めていきます。
私たちのメインテーマは、「植物がさまざまな環境に適応して、花をつくるかたちづくりのしくみを明らかにする。」ことにより、「地球温暖化の今日における食糧の増産・安定供給に社会貢献すること。」です。

1) 幹細胞の増殖抑制と細胞分化の制御機構

遺伝学的解析から明らかとされた花幹細胞の増殖抑制と分化制御にかかわる転写制御因子であるSUP やCRC の下流のゲノミクス解析を行います。それらのターゲット遺伝子を同定し、時空間特異的な発現制御機構とターゲット因子の作用機構の研究を行います(図2)。これにより、花幹細胞の増殖抑制経路の制御機構を解明していきます。

花幹細胞の遺伝学的解析

図2 花幹細胞の遺伝学的解析
花幹細胞は複数の制御因子の多段階の反応により制御されており、これらの変異により、非常に大きな種なしの花となる

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2) 細胞間のシグナル伝達によるエピジェネティック制御機構

花幹細胞の増殖制御にかかわる細胞間の情報伝達を行うリン酸化を介したシグナルが、最終的にどのように核内に伝達され、遺伝子の発現に影響を与えるのかを解析します。可視化解析、数理解析、合成生物学的解析を含めた包括的な解析により、花幹細胞の制御における調和と可塑性、頑強性の機構を分子レベル、細胞レベル、個体レベルで理解することを目指します(図3左)。

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3) 環境応答と順化機構の解明

植物は、動物とは異なり、環境変動に対して非常に柔軟に応答し、その環境に適応します。高温条件下で活性の高まるヒストン修飾酵素の作用機構などに着目し、植物が環境に対応して、その情報を記憶してメリステムの挙動、分化の様式を変換する機構および、記憶が消去される機構の解明を目指します。さらにこれらの知見を利用して、農業的な視点からより効率的な農作物の開花、結実時期の調節を可能とする基盤技術の構築も目指します(図3右)。

花発生研究のアプローチ法(左)と植物生長の最適化(右)の模式図

図3 花発生研究のアプローチ法(左)と植物生長の最適化(右)の模式図
時空間特異的な動的ネットワークの包括的解析を通して、調和的に機能する発生制御機構、環境変動に応答する花発生経路の可塑性と頑強性の解析を行う。さらに環境応答や順化の知見も合わせ活用することで植物生長を最適化する基盤技術の構築を目指す。

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4)ゲノムインプリント機構および雑種強勢機構の解明

植物は開花の後、種子を実らせます。種子に含まれる胚は次世代の植物となります。胚乳は胚に栄養を供給する組織であるとともに、私達にとっては主な食糧源でもあります。胚乳発達にはゲノムインプリント機構が影響します。また、異なる親同士を交配して得られる雑種第一代は親よりも優れた形質を示すという雑種強勢が見られます。これらの農業上重要視される形質を制御する機構に着目し、その解明に向けた研究を進めています。

図4 ゲノムインプリント機構による種子サイズ制御(上)および雑種強勢(下)

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