図１ 植物の生活環は受精卵からの「複雑化」と、生殖細胞への「単純化」の繰り返しである。そのメカニズムを解明することは、生命科学の最重要課題の１つである。

図２ シロイヌナズナの根では、細胞間シグナルを通じて組織配置が決定され、組織分化のマスター制御因子が活性化される。マスター因子を手掛かりに分化の実体を担う遺伝子群を網羅的に捉えることが出来る。それらの機能を遺伝学やイメージング技術を駆使して解明し、組織分化の制御機構を明らかにする。

図３ ＲＫＤは生殖細胞形成や胚発生の制御因子であり、初期化能を持っている。ＲＫＤの機能を明らかにすることで、植物細胞の分化全能性発現機構が明らかになる。また有用植物の効率的な繁殖にも応用できる。

研究・教育の 概要

植 物 の 個 体 は 受 精 卵 と い う 単 一 細 胞 に 由 来 し 、 根 や 葉 や

花 な ど の 器 官 内 に 様 々 な 組 織 を 精 密 に 配 置 す る こ と で 形 作

ら れ ま す （ 図 １ ） 。 こ の 過 程 で は 、 個 々 の 細 胞 が 器 官 内 の

位 置 に 応 じ て 独 自 の 形 態 や 機 能 を 獲 得 し ま す 。 一 方 、 生 殖

生 長 期 に は 、 複 雑 な 多 細 胞 体 か ら 単 細 胞 の 生 殖 細 胞 が 作 ら

れ 、 分 化 全 能 性 が 賦 与 さ れ ま す （ 図 １ ） 。 植 物 の 生 活 環 で

個 々 の 細 胞 が 特 殊 化 し 、 ま た １ つ の 全 能 性 細 胞 へ と 戻 る 過

程 は 生 命 の 神 秘 で あ り 、 そ の メ カ ニ ズ ム の 解 明 は 、 生 命 科

学 に お け る 最 も 重 要 な 研 究 課 題 の １ つ で す 。

植 物 発 生 シ グ ナ ル 研 究 室 で は 、 シ ロ イ ヌ ナ ズ ナ や コ ケ 植

物 を 用 い て 、 組 織 パ タ ー ン や 生 殖 細 胞 の 形 成 機 構 を 明 ら か

に す る 研 究 に 取 り 組 ん で い ま す 。 特 に 組 織 配 置 を 制 御 す る

細 胞 間 コ ミ ュ ニ ケ ー シ ョ ン や 、 細 胞 の 分 化 を 機 能 発 現 の レ

ベ ル で 捉 え る 研 究 に 取 り 組 ん で い ま す 。 ま た 植 物 に 共 通 し

た 初 期 化 （ リ プ ロ グ ラ ミ ン グ ） 因 子 を 発 見 し 、 こ れ を 用 い

て 生 殖 細 胞 の 形 成 や 多 能 性 の 発 現 機 構 を 解 明 す る 研 究 に 取

り 組 ん で い ま す 。 こ れ ら の 研 究 は 、 基 礎 生 物 学 の み な ら ず 、

バ イ オ マ ス 燃 料 や バ イ オ リ フ ァ イ ナ リ ー に よ る 高 付 加 価 値

物 質 の 生 産 に も 貢 献 す る こ と が 期 待 さ れ ま す 。

主 な 研 究 テ ー マ

１ ） 根の細胞分化制御：細胞間シグナルと生長イメージング

植 物 細 胞 は 細 胞 壁 に よ っ て 固 定 さ れ て い る た め 、 位 置 や 方

向 を 変 え る こ と が 出 来 ま せ ん 。 そ の た め 植 物 の 組 織 形 成 で

は 、 細 胞 の 分 裂 や 分 化 を 精 密 か つ 柔 軟 に 制 御 す る 必 要 が あ

り ま す 。 私 た ち は 根 の 細 胞 ど う し が 転 写 因 子 や マ イ ク ロ

RNA な ど の 制 御 因 子 を 直 接 や り 取 り す る こ と で 、 互 い の

分 裂 や 分 化 を 制 御 し 合 っ て い る こ と を 明 ら か に し 、 こ の よ

う な 発 生 シ グ ナ ル 伝 達 経 路 の 機 能 や 普 遍 性 を 明 ら か に す る

研 究 を 行 っ て い ま す 。 ま た 根 の 組 織 分 化 を 制 御 す る マ ス

タ ー 因 子 を 捕 え 、 そ れ ら の 下 流 で 分 化 の 実 体 を 担 う 遺 伝 子

群 を 網 羅 的 に 同 定 し て い ま す 。 成 長 途 上 の 根 に お け る 遺 伝

子 発 現 と 、 細 胞 機 能 の 獲 得 過 程 を 独 自 の イ メ ー ジ ン グ 技 術

に よ り 捉 え 、 細 胞 分 化 の 実 体 と 個 体 成 長 へ の 寄 与 を 明 ら か

に す る 研 究 に も 取 り 組 ん で い ま す （ 図 ２ ） 。

２ ） 分化全能性の発現機構：生殖細胞の分化と胚発生胚 発 生 初 期 に 生 殖 細 胞 系 列 が 分 離 す る 動 物 と は 異 な り 、 植

物 の 生 殖 細 胞 は 個 体 発 生 の 後 期 に 花 器 官 の 中 に 作 ら れ ま す 。

そ の た め 、 花 器 官 の 中 に あ る 分 化 し た 体 細 胞 (somatic cell) を 、 全 能 性 を 持 つ 生 殖 細 胞 (germ cell) へ と 初 期

化 す る ス イ ッ チ が 必 要 に な り ま す 。 私

た ち は 、 植 物 界 に 保 存 さ れ た 初 期 化 制

御 因 子 RKD を 発 見 し 、 そ の 作 用 メ

カ ニ ズ ム の 解 明 を 通 じ て 、 植 物 に お け

る 多 能 性 の 発 現 機 構 や 、 生 殖 細 胞 の 形

成 機 構 を 明 ら か に し よ う と し て い ま す 。

ま た こ の 因 子 を 植 物 細 胞 の 分 化 誘 導 や 、

効 率 的 な 繁 殖 技 術 に 応 用 す る 研 究 に も

取 り 組 ん で い ま す （ 図 ３ ） 。

主 な 発 表 論 文 ・ 著 作

[1] Nakajima et al., Nature, 413, 307-311, 2001

[2] Nakajima et al., Plant Cell, 16, 1178-1190, 2004

[3] Sarkar et al., Nature, 446, 811-814, 2007

[4] Miyashima et al., Development, 138, 2303-2313, 2011

[5] Waki et al., Curr. Biol., 21, 1277-1281, 2011

[6] Waki et al. Plant J., 73, 357-367, 2013[7] Miyashima et al., Plant Cell Physiol., 54,

375-384, 2013[8] Hisanaga et al., Curr. Opin. Plant Biol.,

21, 37-42, 2014[9] Koi et al., Curr. Biol., 26, 1775-1781,

2016[10] Kamiya et al., Development, 143, 4063-

4072, 2016

植物発生シグナル

バイオサイエンス研究科

教授 ：中島　敬二 ： k-nakaji@bs.naist.jp助教 ：宮島　俊介 ： s-miyash@bs.naist.jp助教 ：郷　達明 ：goh@bs.naist.jp

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