研究テーマ

１）光応答における長距離シグナル伝達

２）フィトクロムの構造と機能の進化

３）野外における光応答の解析

４）GUNを中心としたプラスチド（葉緑体）シグナル伝達機構の解明

５）プラスチドシグナルの進化

６）植物の光に応答した運動の仕組みを探る

７）青色光受容体フォトトロピンを利用した光操作技術（オプトジェネティクス）の開発

研究テーマの概要

１）個体レベルの光応答においては、光刺激を受容した細胞の中でおこる局所的な光応答に加えて、長距離シグナル伝達による個体レベルの応答の調整が行われる必要があります。私たちは、顕微照射、微細領域遺伝子発現解析、レーザー顕微手術、などの手法を取り入れ、個体内で光情報がどのようにやり取りされるのかを解析しています。

２）植物の主要な光受容体であるフィトクロムは、種子植物の進化の過程において、生理機能や分子的性質が異なる分子種に分岐してきました。私たちは、その道筋をたどるため、様々な変異を導入したフィトクロムを植物に導入し、それがフィトクロムの機能にどのような影響を与えるかを詳しく解析しています。

３）実験室内で行われる光応答の研究から、その分子メカニズムが次々と明らかにされてきました。一方、野外においてどのような光応答が起きているのかについては、まだまだ研究が不足しています。私たちは、生態学研究センターの工藤教授らと共同で、野外における光応答の研究を開始しました。

４）葉緑体はクロロフィルやタンパク合成、光合成電子伝達系の働きをGUN（Genomes Uncoupled）を介してプラスチドシグナルとして核に伝え、遺伝子発現を調節してさまざまな生理機能に関わります。プラスチドシグナル伝達機構について、シロイヌナズナ突然変異体や組換えタンパクを用い、遺伝学的・生化学的手法で解析しています。

５）GUN1はPPR(Pentatricopeptide Repeat)モチーフをもつタンパクですが、植物が陸上化する直前に現れました。プラスチドシグナルはより原始的な藻類でも見られますが、GUN1の出現で大きく変化したようです。シャジクモ類や基部陸上植物ゼニゴケGUN1に加え、それらの分子キメラを用いた分子遺伝学的解析で、プラスチドシグナルと植物の陸上進出との関係が見えてくると考えています。

６）青色光受容体フォトトロピンが制御する応答（光屈性・葉緑体運動・気孔開口・成長など）のメカニズムを分子生物学的手法・生化学的手法などを用いて、研究します。フォトトロピンが青色光を受容してから、どのように分子内で光の情報が伝達され、それがどんな因子の活性を制御することで、植物の個体・組織・細胞を動かしているのか理解することを目指しています。主な研究対象はシロイヌナズナです。

７）生命現象を理解するためのツールとして、フォトトロピン分子を利用した青色光でコントロールできる分子装置の開発を行う。フォトトロピンでは、青色光照射により光受容領域(LOV)のダイナミックな構造変化が生じ、それに伴って自身のキナーゼ活性が上昇する。この性質を利用した光制御分子スイッチを、主に分子生物学的手法を用いて開発し、植物・酵母・動物細胞での利用を目指す。