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研究概要

植物の環境応答や生産性向上に関わる遺伝子を探索し、作物開発へ利用

植物の環境応答や生産性向上に関わるシロイヌナズナや作物での重要な機能を持つ遺伝子の探索を進めています。特に温暖化など環境変動条件での環境ストレス耐性に関わる遺伝子や光合成に関わる葉緑体の機能遺伝子の探索を進めてきました。栽培環境の影響を最小限にして最大限の生産性を発揮できるような新機能を付与した作物を作成するための技術開発を行います。環境応答や環境適応、さらに光合成機能に関与する遺伝子、それらの発現を調節する制御因子、シグナル伝達因子などの制御ネットワークの解析を進めます。これらを利用して、効率の良い遺伝子発現法や遺伝子導入法の開発をすすめ、植物の環境耐性や水利用効率の向上、さらには光合成機能の向上を目指します。基盤技術としては、イメージングテクノロジーを駆使して、細胞レベル、個体レベルでの画像解析技術に関する研究開発を進めて細胞内局在や表現型の解析に利用します。また、新センターでは、植物科学とケミカルバイオロジーの連携研究を進めます。

研究内容

  1. 乾燥及びABA応答に関わる制御因子、シグナル伝達因子及び代謝産物の探索と解析 <Fig 1 >   <Fig 2 >
  2. 環境ストレス耐性、水利用効率の向上に関する分子育種への展開とコムギ、イネなどの作物への応用
  3. 葉緑体機能の制御に関する遺伝子解析と気候変動下での光合成機能向上への展開 <Fig 3 >
  4. 変異体リソースと表現型解析技術を利用した新規遺伝子の探索 (BRCとの連携研究) <Fig 4 >
  5. 逆遺伝学および比較ゲノム科学による作物への応用展開を目指した基盤研究(BRCとの連携研究) <Fig 5 >
  6. ケミカルバイオロジーに基づく植物の葉緑体活性(光合成ソース活性)制御と器官伸長・器官分化(光合成シンク活性)制御による植物成長制御機構の解明 <Fig 6>

研究成果

  1. 乾燥ストレスやABAによる制御機構を解明するために、転写因子およびシグナル伝達因子に関する研究を進めた。特に、NAC、TCP型転写因子やSnRK2, MAPキナーゼファミリーのプロテインキナーゼについて、その機能やシグナル伝達機構を解析した。
  2. ABA の合成・分解 酵素遺伝子の発現制御や、ABAトランスポーターに関して研究を行い、ABAの細胞間でのシグナル伝達、個体レベルでの情報伝達に関して研究した<Fig 7 >
    また、このABAトランスポーターが乾燥耐性に加えて水利用効率向上に寄与することを明らかにした。 <Fig 8 >
  3. 環境ストレス応答における活性酸素やポリアミンの機能に関する研究を進めた。 特に新規のポリアミントランスポーターの単離と機能解析を行った。また、多くのsORF遺伝子を同定し、それらが植物機能発現に関わることを明らかにした。
  4. 植物の水環境コントロールと画像解析を自動で行う表現型解析システムを開発し、乾燥ストレスや水利用効率の評価法の開発を行った。また、国際作物研究機関との共同研究を進めて、イネ、コムギでの乾燥耐性獲得に関わる分子育種研究を進めた。
  5. 約2000の葉緑体タンパク質の核コード遺伝子の変異体の収集と光合成や環境ストレス応答に関する表現型解析を進めてデータベースを公開した。
  6. ブラシノステロイド生合成阻害剤Brzに高感受性を示す突然変異体bss1-1Dを単離した。原因遺伝子BSS1タンパク質が、ブラシノステロイド欠損によって「集合」してタンパク質複合体を形成して植物草丈が短化すること、ブラシノステロイド添加によって複合体が「拡散」して植物草丈が伸長するという、植物草丈の未知の制御機構を解明した。