計画研究班

野田口班

HP

原形質連絡形成とシンプラストを介した物質輸送の制御機構

研究代表者

野田口 理孝

京都大学・理学研究科
教授

研究分担者

豊岡 公徳
理化学研究所・環境資源科学研究センター・上級技師
多田 安臣
名古屋大学・遺伝子実験施設・教授
鈴木 孝征
中部大学・応用生物学部・教授
太治 輝昭
東京農業大学・生命科学部・教授
芦苅 基行
名古屋大学・生物機能開発利用研究センター・教授
植物は隣接する細胞の細胞壁を貫く原形質連絡により、原形質同士を連絡するシンプラストを形成することで、成長過程や環境に応答して情報伝達をダイナミックに制御しますが、その原形質連絡形成原理が植物に広く共通したものであることを、研究代表者は異科接木の研究により近年明らかにしました。そこで本研究では、シンプラストの形成制御と機能制御をさらに理解するために、植物独自の細胞間コミュニケーションを支える原形質連絡の形成機構として、接木の境界面において原形質連絡が同調して新生する現象に着目し、その分子機構の解明を目指します。また、グループ研究のメリットを活かし、超顕微解析によるシンプラスト形成および動態のライブイメージング技術を領域内で共有することにより、植物発生成長および環境応答におけるシンプラスト機能の普遍性を検証し、当該分野の研究方法に変革をもたらすことを目指します。さらに、シンプラスト経路を介して全身に輸送されるmRNAの動態および機能を解析することで、植物が多面的な環境情報と内的情報を統合し、個体として応答する際の組織・器官間の新規シグナル伝達機構を明らかにします。

松林班

HP

原形質連絡構成分子およびシンプラスト移行性分子の探索

研究代表者

松林 嘉克

名古屋大学・理学研究科
教授

これまでに研究代表者は、葉から根へ篩管内を移行する100アミノ酸程度の非分泌型ポリペプチド群によって、植物体の地上部の窒素需要に応じて根からの硝酸イオン吸収を変化させる仕組みを発見してきました。これらポリペプチド群は転写補助因子として直接転写因子に結合し、ターゲット遺伝子群の発現を調節する機能を持ちます。研究代表者は、独自のスクリーニングによって、器官間移行性を示す機能未知ポリペプチド群をさらに見出しています。本研究では、これらについて生理機能解析を進め、シンプラストを介した新たな情報伝達系を明らかにしていきます。また、シンプラスト経路による細胞間分子移行に主要な役割を果たす原形質連絡の形成機構や制御機構を明らかにするため、15N代謝ラベルによる精密比較定量プロテオミクスを用いて、原形質連絡の分子透過性が亢進した変異体や原形質連絡数が減少した変異体において存在量が変動するタンパク質を探索します。

野元班

HP

トライコームにおけるシンプラスト形成とシグナル伝達機構

研究代表者

野元 美佳

名古屋大学・遺伝子実験施設
講師

研究分担者

児玉 豊
宇都宮大学・バイオサイエンス教育研究センター・教授
これまでに研究代表者は、植物が葉面上に存在する毛状突起細胞であるトライコームを介して雨などの機械刺激を感知すると、トライコームの細胞壁に高蓄積したカルシウムイオン（Ca2+）が細胞内に流入し、周辺細胞にCa2+ウェーブを引き起こして、植物免疫を一過的に活性化することを明らかにしてきました。トライコーム基部には、通常の表皮細胞と比較して直径が2倍程度大きい特異的な原形質連絡がクラスター化して存在していますが、トライコームにおけるシンプラスト形成機構や機能制御機構は不明な点が多く、Ca2+情報伝達機構も明らかになっていません。そこで本研究では、トライコーム基部の原形質連絡構成因子の生化学的探索や変異体スクリーニングにより、原形質連絡形成因子の同定を進めます。得られた因子群の原形質連絡形成やCa2+動態に与える影響を解析し、トライコームに特異的な原形質連絡クラスターの形成機構や葉の免疫活性化における原形質連絡の果たす機能を明らかにしていきます。

吉田班

HP

寄生植物と宿主植物の相互作用におけるシンプラスト形成制御機構

研究代表者

吉田 聡子

奈良先端科学技術大学院大学
教授

研究分担者

青木 考
大阪公立大学・農学研究科・教授
シンプラストを介した細胞質の共有は、同じ個体内の細胞間のみならず、異種植物個体の細胞間でも起こります。寄生植物は、宿主植物に寄生して栄養を獲得して生育する植物です。寄生が成立すると、二つの植物間でシンプラスト形成が起こり、また寄生器官の中でも新規な原形質連絡が発達し、寄生植物がシンクとして機能することが知られています。本研究では、宿主に寄生させることで誘導的にシンプラスト形成を起こすことができる寄生植物を材料に、異種植物間および寄生器官内で形成される新規シンプラストの形成制御機構を解明します。また、寄生植物には、直接的に宿主と篩管を連結する種と連結しない種が存在しており、宿主依存度に応じてシンプラスト形成の分子機構に進化的な違いがあると考えられます。光合成能を維持し篩管の連結が起こらない寄生植物コシオガマと、絶対寄生性で篩管の連結が報告されているネナシカズラにおける、シンプラスト形成の分子レベルでの相違点と共通点を明らかにします。

壽崎班

HP

シンプラスト移動性分子が支える植物の環境適応機構

研究代表者

壽崎 拓哉

筑波大学・生命環境系
教授

研究分担者

松下 智直
京都大学・理学研究科・教授
これまでに研究代表者は、窒素環境の変動に応じて機能する非分泌型ペプチドIMAが、シンプラストを介して窒素固定に必須な鉄を根粒に供給する働きをもつことを発見しています。本研究は、窒素および光環境における植物の適応機構を、シンプラストを移行して環境情報を全身に伝達する因子（シンプラスト移行因子）の側面から理解することを目的とします。この目的の達成のために、IMAペプチドに着目して、その産生、移動、作用機構を解明し、シンプラスト移行因子を介した植物の環境適応の具体的なメカニズムを提案します。また、研究分担者の先行研究により、光環境の変動に応じた転写開始点変化によって、既知遺伝子から多数の機能未知の非分泌型ペプチドが生じることを見出しています。これらの分子の機能解明により、シンプラスト移行因子を介した環境適応機構の具体例の充実を図ります。

佐藤班

HP

植物のシンプラスト栄養輸送を介した個体成長統御機構

研究代表者

佐藤 長緒

北海道大学・理学研究院
准教授

研究分担者

木下 俊則
名古屋大学・トランスフォーマティブ生命分子研究所・教授
植物は、外部環境からの栄養吸収だけではなく、シンプラストを介した器官間における栄養分配を活発に行うことで、個体としての成長を最適化しています。しかし、栄養環境や発生段階に応じて、器官間栄養輸送を個体レベルで協調的に行い、分配を最適化する分子機構は未解明です。研究代表者は、花成制御因子として見出したSnRK1-FBH4モジュールが、花芽形成だけでなく、成長相から生殖相への相転換に伴う個体内の栄養分配を支えるシンプラスト輸送制御においても重要な役割を果たすことを明らかにしつつあります。加えて、光合成により生成されたショ糖が、シンプラスト輸送を介して様々な細胞や組織の機能を制御していることを発見しています。本研究課題では、ソース－シンク機能制御の観点から、栄養環境や発生段階に伴って変化する原形質連絡の開閉や栄養輸送体の機能、さらにはシンプラスト輸送された栄養がシグナル分子として果たす新規機能を明らかにすると共に、これらの制御に関わるシグナル伝達機構を解明します。

打田班

HP

植物細胞の形態形成と機能発揮におけるシンプラスト構造の新機能

研究代表者

打田 直行

名古屋大学・遺伝子実験施設
教授

研究分担者

武宮 淳史
山口大学・創成科学研究科・准教授
細胞間の連絡孔として機能する原形質連絡は、状況に応じて数が増加したり構造に枝分かれが生じることはありますが、その場合でも連絡孔そのものの基本構造が大きく変わるわけではありません。一方で、植物の環境応答や発生成長で重要な特殊機能を担う細胞の中には、連絡孔の構造を極端に拡大させたり完全に消失させる細胞が存在しますが、これらの極端な構造変化の制御に関わる分子メカニズムやその中で働く具体的な因子群についての理解は遅れています。本研究では、特殊機能を担うにあたり、連絡孔の径を通常の原形質連絡の数十倍から数百倍にまで極端に拡大される維管束細胞、また逆に、分化途中でいったん形成した原形質連絡を分化完了時には完全に消失させる孔辺細胞に着目し、「環境応答や発生成長で重要な役割を担う特殊細胞が、その細胞機能を適切に発揮するために連絡孔の構造を極端に変化させる仕組み」で重要な役割を担う因子群の同定を目指します。さらに、それら因子群の詳細な機能解析も進めることで、連絡孔の極端な構造変化メカニズムの理解を進めます。

総括班

役割 氏名 所属機関
研究統括 野田口 理孝 京都大学
領域事務・領域内連携支援 壽崎 拓哉 筑波大学
領域内連携支援 吉田 聡子 奈良先端科学技術大学院大学
研究方針策定 松林 嘉克
 名古屋大学
若手育成支援 野元 美佳 名古屋大学
若手育成支援 芦苅 基行 名古屋大学
企画調整 佐藤 長緒 北海道大学
広報 武宮 淳史 山口大学
アウトリーチ 打田 直行 名古屋大学
若手海外派遣支援 松下 智直 京都大学
国際共同研究支援 木下 俊則 名古屋大学
国際ワークショップ企画 青木 考 大阪公立大学

評価・助言委員

氏名 所属機関
遠藤 斗志也 京都産業大学・生命科学部・教授
鹿内 利治 京都大学・理学研究科・教授
長谷 あきら 京都大学・名誉教授
西谷 和彦 神奈川大学・理学部・特任教授
三村 徹郎 京都先端科学大学・バイオ環境学部・教授

研究支援センター

部門名 氏名 所属機関
超解像イメージング部門 永原 史織
野田口 理孝		 京都大学
電子顕微鏡イメージング部門 豊岡 公徳 理化学研究所
細胞イメージング部門 児玉 豊 宇都宮大学
質量分析部門 松林 嘉克 名古屋大学
次世代シークエンス部門 鈴木 孝征 中部大学
網羅的タンパク質相互作用解析部門 多田 安臣 名古屋大学
単子葉類多様性解析部門 芦苅 基行 名古屋大学
双子葉類多様性解析部門 太治 輝昭 東京農業大学
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