研究内容
自ら移動することのできない植物は、根を下ろしたその場で周囲のさまざまな環境条件に適応すべく進化を遂げてきた。我々の研究グループでは、植物の示すさまざまな環境応答のうち、光に対する応答、重力に対する応答、病傷害に対する応答についてイネ、シロイヌナズナを主な材料とし研究を行っている。以下に各個別の研究テーマについて紹介する。


1)光屈性の生態学的機能を支える分子機構の解明
 1-a)青色光受容体フォトトロピンと光屈性の関与
 光屈性の機構は芽ばえを用いて長年研究されてきた。シロイヌナズナを材料にした近年の研究により、光屈性の光受容体として、フォトトロピンが発見された。シロイヌナズナは二つのフォトトロピン(phot1とphot2)を持ち、phot1は光屈性の主要な光受容体として働き、phot2は比較的強い光による光屈性で補助的に働いているとわかってきた。イネもphot1とphot2を持っているが、phot1は二つのコピー遺伝子(OsPHOT1aOsPHOT1b)によってコードされている。両遺伝子の発現をRNA干渉法で抑えた形質転換体の作製と二重突然変異体の分離によって、OsPHOT1aOsPHOT1bの両方が欠損する場合だけ、どの光強度においても光屈性が示さないことを明らかにした。イネの場合は、OsPHOT1a,bは光屈性の光受容体であることとOsPHOT2は光屈性の光受容体として殆ど関与していない可能性を示している。
 1-b)イネの新規光屈性変異株の解析
γ線で突然変異体を誘発したM2世代で光屈性の突然変異体を分離したところ、幼葉鞘の光屈性が欠損した突然変異体を2系統分離し、cpt1, cpt2 (cpt : coleoptile phototropism)と名付けた。また、Tos17挿入系統から、cpt3突然変異体を分離した。cpt1は幼葉鞘で光屈性を全く示さず根の光屈性も大幅に低下しているが、cpt2cpt3は幼葉鞘の先端における屈曲のみが欠損するという面白い表現型を示す。マップベースクローニングと相補性検定により、CPT1はシロイヌナズナのNPH3のオルソログであると判明しており、cpt2の解析は現在進められているところである。
 1-c)青色光により引き起こされる光屈性を指標とした光化学反応の詳細な解析
 青色光パルス照射で誘導される光屈性の光量反応曲線は、相反則(”光強度”と”照射時間”の積で求められる”光量”が同じであれば、反応量も同じになるという法則)が成立し、また、多相的(multiphasic)である事がオートムギ・トウモロコシ幼葉鞘で示されており、光屈性には複数の光化学反応が関与すると考えられている。我々は、イネ幼葉鞘とシロイヌナズナ胚軸を用いて、光量反応曲線の多相性を確認し、光量反応曲線上の反応は全てphot1とNPH3/CPT1に依存することをそれらの突然変異体を用いて突き止めた。ところで、以上の結果は刺激光として広帯域青色光を用いて得られたものだが、LEDを光源とする狭帯域青色光を用いると光量反応曲線の形状は単純化することも認められた。今後、突然変異体・形質転換体を活用してこれらの関係を明確にし、phot1を光受容体とするシグナル伝達における複雑な光化学反応の分子基盤を探っていく。また、シロイヌナズナのpks (PHYTOCHROME KINASE SUBSTRATE) 突然変異体とフィトクロム突然変異体(phy)とイネのphy突然変異体を用いた研究の結果から、phot1シグナル伝達に照射時間依存性を賦与する機構がフィトクロムに依存することを見出している。このような、光屈性に含まれる順応など高次な調節機構も明確にしようと研究を進めている。

2)イネの紫外線受容体解明
 紫外線(UV-B)はDNAを損傷し植物に様々な機能障害を引き起こすが、そのようなDNA損傷が誘発されない程度の低線量UV-Bに対しても植物は応答し、成長抑制などの生理反応が引き起こされることが古くから研究されている。シロイヌナズナではこれまでに光形態形成に関与するHY5やCOP1といったタンパク質がUV-B応答にも関わることが示されており、また近年、UVR8というタンパク質がUV-B受容体として機能している可能性が示されてきたが、低線量UV-Bへの応答機構全貌の解明には至っていない。そこで我々はイネを用い、新規な低線量UV-B受容体や情報伝達に関わる因子を同定することで、この課題に取り組むこととした。
 トウモロコシなどのイネ科植物の芽生えは、光やUV-Bに応答してアントシアニンを蓄積し、紫色になる。この反応は肉眼で容易に観察できるため、これをUV-B受容の変異体の選抜に利用することで効率的な研究展開が可能であると考えられた。通常栽培されている野生型のイネ品種ではこのアントシアニン蓄積は誘導されないのでムラサキイネとして維持されてきたイネ系統に注目し研究を開始したところ、ムラサキイネの幼葉鞘や初葉は極めて低線量・短時間のUV-B照射に応答してアントシアニン蓄積が誘導されることが見出された。この結果を受け、これまでにγ線照射により誘発したムラサキイネの突然変異体系統から、UV-Bによるアントシアニン蓄積反応の欠失した突然変異体を選抜した。現在はこれら突然変異イネの解析を行っている。

3)イネの重力屈性に関わるシグナル伝達因子の解明
 <準備中>

4)イネの実環境中での生存に関わる病害抵抗性発現におけるジャスモン酸の役割の解析
 植物が病原菌の感染を認識すると、細胞内で様々な二次シグナル物質を介した情報伝達が活性化されるとともに、抗菌性物質の生産や過敏感細胞死といった様々な抵抗性反応が誘導される。植物ホルモンの一つとして知られるジャスモン酸(JA)は、このような植物の病害抵抗性反応において重要なシグナル物質であることが多くの研究により示されている。しかしながら、具体的にどのような抵抗性反応がどのように発現制御されており、またそれが、実際に植物が環境中で生存していく上でどの程度寄与しているのかについては、まだまだ未解明な部分が多い。
 我々は上記のイネの光応答に関する研究の過程で得られてきたイネの光形態形成変異株cpm2が、JAの生合成変異株であることを見出してきた。そこでこのcpm2を用い、我々はこれまでにイネとその代表的な病原菌であるいもち病菌の関係においてジャスモン酸がどのように機能しているのかについて研究を行ってきた。その結果、いもち病菌の細胞侵入に対するJAの寄与の程度や、イネのファイトアレキシン(抗菌性低分子化合物)生産におけるJAの役割について明らかにすることができた。
 また最近、このジャスモン酸欠損イネは、非滅菌の土壌で栽培すると実験室レベルの接種実験等では見られないほどの強い病害を受け枯死することも観察されてきた。この結果を受け現在は実環境中、特に土壌からイネが受ける様々な病害に対し、JAがどのように機能しているのかに着目した研究を進めている。


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