植物細胞生物学研究室

Laboratory of Plant Cell Biology

教授
高木 慎吾 (TAKAGI, Shingo)
mail shingot @ bio.sci.osaka-u.ac.jp
助教
坂本 勇貴 (SAKAMOTO, Yuki)
mail yuki_sakamoto @ bio.sci.osaka-u.ac.jp
研究分野

植物科学

所属

理学研究科

ロケーション

豊中地区

研究内容

 生き物が示すさまざまな姿やふるまいを目の前にした時、それらのことがどのような仕組みで実現されているのか(= How疑問)、それらのことにどのような意義があるのか(= Why疑問)という、見方の異なる2種類の疑問が浮かびます。どちらの疑問も研究を駆動する強いモウティヴェイションとなります。私たちは、植物の姿やふるまいに興味を持ち、それらの仕組みや意義についての理解を深めるため、各自が抱いた疑問を大切にしながら、さまざまな手法を用いて研究しています。

細胞レベルでの環境応答反応

 動物のように自在に動き回ることのできない植物は、外部環境要因の変動を鋭敏に感じ取り、実に巧みに応答することにより、自然界を生き抜いています。刺激の受容から反応が起こるまでのプロセスについて、特に細胞レベルでの出来事を中心に解析しています。刺激としては光、CO2、力学的ストレスなど、植物の生活に大きな影響を与える要因に注目しています。葉緑体、ミトコンドリア、細胞核の細胞内での位置決定と運動様式、細胞骨格のダイナミックなふるまい、細胞質の運動性などの興味深い現象について、それらの仕組みと意義とを常に意識しながら研究しています。 例1: 葉緑体は、環境条件にしたがって細胞内での位置を変え、特有の分布パターンをとります(図1)。葉緑体を特定の位置にとどめておく仕組みについて、アクチン結合蛋白質の役割に注目して解析しています。また、光やCO2がどのように葉緑体の分布パターンを決定するのかについて調べています。 例2: 私たちは、葉の細胞の核も、光環境の変化にしたがって位置を変えることを見つけました(図2)。この反応の仕組みについて、核や細胞骨格を可視化した形質転換植物を用いて解析しています。また、核の形が維持される仕組みやその意義について、核マトリックスに注目して調べています。

植物成長現象へのパターン付与を支える機構

根、茎、葉の付加、組織内における細胞の付加は、それぞれよく知られたパターンを描きながら起こります。私達は、植物がそのパターンを用いるようになった理由、経緯について考えながら、成長現象の各素過程でパターン形成に寄与する仕組みを明らかにしたいと考えます。現在、細胞骨格の構築や機能発現を支える仕組み、細胞分裂面選択の仕組み、葉序形成の仕組みについての研究を行なっています。

図0 葉緑体の細胞内での存在場所は、さまざまな環境要因によって決定される。たとえば、弱い光を受け取りやすいように、強い光からは逃げるように、CO2をできるだけ吸収しやすいように。これらの仕組みについて調べている。左はホウレンソウの表側表皮と柵状組織の横断切片(上方左の矢じりは気孔)、右はイズセンリョウの柵状組織の並皮切片(表皮に平行に切った切片、橙点の部分が細胞間隙)。葉緑体が細胞間隙に接する細胞壁に沿って存在することがわかる。

図1 細胞分裂や細胞伸長に伴って核が細胞内での存在場所を変える現象は古くより知られている。我々は、モデル植物のシロイヌナズナにおいて、青色光刺激(BL)によって核が存在場所を変える現象を見つけた(岩渕ら 2007)。光受容体はフォトトロピン2で、核の運動はアクチンに依存して起こる。この現象の意義や仕組みに注目して研究を進めている。写真は、シロイヌナズナの葉表皮細胞のアクチン染色像。緑色がアクチンで、核は黄色に見えている。

図2 陸上植物細胞は、動物や藻類の細胞と異なり、微小管形成部位を散在させることで様々な形態の非放射状微小管配列を作り出す。後藤と浅田(2007)は、植物特有のキネシン様タンパク質(細胞内物質輸送に関わる分子モーターの一種)であるTBK5を緑色蛍光タンパク質 (GFP) との融合タンパク質としてタバコ培養細胞内に一過的、付加的に発現させると、微小管の並びが放射状のものに転じることを報告した。図に示した細胞では、GFP-TBK5(緑色)が、核(n)近傍の一点へ集合しつつある。

参考文献

Sakamoto Y., Ishimoto A., Sakai Y., Sato M., Nishihama R., Abe K., Sano Y., Furuichi T., Tsuji H., Kohchi T., Matsunaga S. Improved clearing method contributes to deep imaging of plant organs. Communications Biology 5(1), 12 , (2022)

Sakamoto Y., Sato M., Sato Y., Harada A., Suzuki T., Goto C., Tamura K., Toyooka K., Kimura H., Ohkawa Y., Hara-Nishimura I., Takagi S., Matsunaga S. Subnuclear gene positioning through lamina association affects copper tolerance Nature Communications 11(1), 5914 , (2020)

Islam M.S., Van Nguyen T., Sakamoto W., Takagi S. Phototropin‐ and photosynthesis‐dependent mitochondrial positioning in Arabidopsis thaliana mesophyll cells. Journal of Integrative Plant Biology 62(9) , 1352 - 1371 (2020)

Harada A., Okazaki Y., Kinoshita T., Nagai R., Takagi S. Role of Proton Motive Force in Photoinduction of Cytoplasmic Streaming in Vallisneria Mesophyll Cells. Plants 9(3), 376 , (2020)

Iida M., Takano T., Matsuura T., Mori IC, Takagi S. Circumnutation and distribution of phytohormones in Vigna angularis epicotyls. Journal of Plant Research 131(1) , 165 - 178 (2018)

Sakai Y., Inoue S., Harada A., Shimazaki K., Takagi S. Blue-light-induced rapid chloroplast de-anchoring in Vallisneria epidermal cells. Journal of Integrative Plant Biology 57 , 93 - 105 (2015)

Takagi S., Islam M.S., Iwabuchi K. Dynamic behavior of double-membrane-bound organelles in plant cells. International Review of Cell and Molecular Biology 286 , 181 - 222 (2011)

連絡先

〒560-0043
大阪府豊中市待兼山町1-1
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http://www.bio.sci.osaka-u.ac.jp/bio_web/lab_page/takagi/

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