植物生長生理研究室

Laboratory of Plant Growth and Development

教授
柿本 辰男 (KAKIMOTO, Tatsuo)
mail kakimoto@bio.sci.osaka-u.ac.jp
助教
高田 忍 (TAKADA, Shinobu)
mail shinobu_takada@bio.sci.osaka-u.ac.jp
助教
田中博和 (TANAKA, Hirokazu)
mail hirokazu.tanaka@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

 植物は、遺伝的プログラムに従って決められた形態を作るとともに、光、温度、湿度、重力やまわりの植物などの環境に応じて形を大きく変えます。形態形成の理解のためには、内的プログラムとしての遺伝子発現からシグナル伝達を通じた構造形成や、その過程に環境シグナルがどのように影響するのかなど興味深い問題がたくさんあります。私達は、植物形態形成の本質的な問題を解明するため、遺伝学的、分子生物学的、細胞生物学的手法を駆使して研究を進めています。

植物ホルモンによる植物生長調節の仕組みの研究

 植物ホルモンであるオーキシンとサイトカイニンは、細胞の分裂と分化を調節する重要な植物ホルモンです。未分化な細胞の塊は、オーキシン存在下では根を作り、サイトカイニン存在下では芽を作ります。私達はこれまでに、サイトカイニンの受容体遺伝子と、サイトカイニン合成酵素遺伝子を世界にさきがけ発見し、これらの遺伝子の破壊株などを用いてサイトカイニンの役割を詳しく調べて来ました。これにより、サイトカイニンの合成ルート、輸送、受容、情報伝達の仕組みが明らかになりました。現在は、サイトカイニンやオーキシンが細胞の性質を決定する仕組みについて興味を持っています。特に、ホルモンを受容した細胞が周りの細胞にどのような影響を与えるのか、ホルモン応答におけるクロマチン制御、ホルモンによる器官のアイデンティティーを制御する因子の解明などを目標に研究を進めています

新奇細胞間シグナル分子の探索

 多細胞生物の形態形成には、細胞間の情報の交換が必須である。私達は、細胞間の情報伝達をになう分子を探索しています。そのような分子として分泌ペプチドを研究のターゲットとしています。シロイヌナズナで、予測分泌シグナル配列をもつ産物をコードする遺伝子を約150個選び、それぞれの過剰発現体を作成しました。その結果、過剰発現により茎頂分裂組織の活性を不安定し、組織の分化状態を乱す遺伝子、気孔数を減らす遺伝子、気孔数を増やす遺伝子、表皮細胞数を減らす遺伝子、根の重力屈性を無くさせる遺伝子、花器官の数を増やす遺伝子、雄蕊の長さを変える遺伝子などが見つかりました。これらのうち、二つの遺伝子EPF1とEPF2を詳しく解析ました。  組織を構成する細胞の数は適切に制御されています。EPF2は表皮の増殖細胞で分泌し、増殖能を持つ細胞を新しく作ることを抑制することがわかりました。このフォードバック制御が、表皮の細胞数を決めているのです。EPF1は、気孔の前駆細胞(メリステモイド)で発現します。メリステモイドは、不等分裂により作られますので、不等分裂の分裂面が気孔の位置を決めています。先に出来たメリステモイドはEPF1を分泌し、周辺に起きる不等分裂の分裂面を制御することにより、気孔は偏り無く分布するようになることがわかりました。このように、表皮における細胞の数と、配置の制御の仕組みが明らかとなってきました。これら以外にも新しいシグナル分子候補があり、それらの機能を解析しています。今後、細胞間のコミュニケーションの仕組みがさらに解明されると考えています。

メリステム制御の仕組み

 植物の基本的な器官は茎頂と根端の分裂組織で作られます。分裂組織には、ニッチ細胞、幹細胞、分化に向かう細胞があります。これらの細胞間の相互作用や、細胞内での遺伝子の相互作用の解明を目標にしています。

植物胚のパターン形成

 アブラナ科の植物であるシロイヌナズナの胚では、規則的な細胞分裂によってさまざまな細胞運命を持つ細胞が決まった場所に作られていきます。当研究室ではシロイヌナズナ胚の原表皮や茎頂分裂組織特異的に発現するマーカー遺伝子を用いて、細胞運命(遺伝子発現)を決める転写因子や未知のシグナル分子の同定を目指しています。

蛋白質の非対称局在の分子機構

植物細胞を微細なレベルで観てみると、細胞には種々の分子が非対称に配置されています。オーキシンの極性輸送に関わる PIN 蛋白質は細胞の上側の面や下側の面の細胞膜に局在し、クチクラの形成に関わるPEL1 蛋白質は表皮細胞の外側の面に局在します。これらの蛋白質の局在制御機構を明らかにすることを目指して、細胞内輸送に関わる分子の探索や機能解析を進めています。

図0 私達は、重要な植物ホルモンの一つ、サイトカイニンの受容体(CRE1)を発見しました(Nature 409, 1060ー1063)。 サイトカイニンのシグナルがどのように細胞内に伝えられるのかという細胞内でのできごとや、サイトカイニンを介してどのように植物体が作られるのかということを調べています

図1 左は野生型シロイヌナズナ、右はサイトカイニン受容体遺伝子破壊株。

参考文献

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Inoue, T., Higuchi, M., Hashimoito, Y., Seki, M., Kobayashi, M., Kato, T., Tabata, S., Shinozaki, K. and Kakimoto, T. Identification of CRE1 as a cytokinin receptor from Arabidopsis. Nature 409 , 1060 - 1063 (2001)

連絡先

〒560-0043
大阪府豊中市待兼山町1-1
大阪大学大学院 理学研究科

TEL:06-6850-5421  FAX:06-6850-5421

http://www.bio.sci.osaka-u.ac.jp/bio_web/lab_page/cell_physiol/sitepg/

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