金田剛史講師
被子植物は、いったん土中に根を下ろすとその場から動いて生活の場を変えることができません。そのため、風雨が強い場所で幹が太くなったり、光の弱い環境下では茎が細長く伸長したりといったように自らの形態を変化させて環境に適応する能力が優れています。このような環境に応じた植物の形態の変化は植物ホルモンによって制御されています。
植物細胞内には、細胞骨格とよばれる細胞の中に存在するタンパク質繊維の一種の細胞質表層微小管が細胞膜を裏打ちするような形で存在しています。細胞質表層微小管には、細胞壁のセルロース微繊維の向きを制御する働きがあります。植物細胞が吸水によって生じた膨圧で成長するときには、この細胞壁中のセルロース微繊維と垂直な方向へ伸長しやすくなるため、結局のところ、細胞質表層微小管の配向が植物細胞の成長方向を決めています。
被子植物では、細胞質表層微小管の向きは植物ホルモンによって制御されており、細胞質表層微小管の配向の制御は植物ホルモンによる植物体の成長制御において重要な仕組みのひとつです（下図参照）。
私たちの研究グループでは、植物の成長制御のしくみに関して植物ホルモンと細胞骨格の働きに着目して研究を行っています。
つる植物のつるの巻きつきのしくみ
つる植物は機械組織を発達させて丈夫な茎を作る代わりに、細長い茎で他のものに巻き付いて上方へ伸長し、光の当たる高い位置で葉を展開する生存戦略をとっています。従って、つる植物にとってつるの巻きつきは重要な形態形成です。つるの巻きつきは進化論で有名なダーウィンも関心をもった古典的なテーマですが、その仕組みについてはほとんど分かっていることがありません。
私たちの研究室では、主にアサガオを実験材料として用いて、つるの巻きつきに関与する植物ホルモンの探索を行っています。一例として、オーキシンが作用する組織を検出できるアサガオの形質転換体を作出して巻きつきとオーキシンの作用との関係を調べています。他にも、ジベレリンやエチレン、ジャスモン酸などといった植物ホルモンとの関係についても調査を行っています。
タマネギの鱗茎形成ホルモンの同定
タマネギは、通常は秋に植え付けられて、翌年の初夏に収穫されます。タマネギの食用部分である鱗茎の肥大は、日長によって調節されていることが知られており、日が長くなったことを感知した葉で合成される鱗茎形成ホルモンと根で合成される鱗茎形成を抑制する物質とのバランスで制御されると考えられています。鱗茎形成ホルモンの正体が何であるかを同定するための研究を行っています。
植物の中間径フィラメントの探索
中間径フィラメントは、動物細胞においては細胞骨格の中で最も安定なタンパク質繊維であり、その優れた柔軟性と機械的強度により細胞あるいは組織の形態を維持する働きをもつことが知られています。また、中間径フィラメントを構成するタンパク質をコードする遺伝子は動物においては多数同定されています。
一方、植物細胞においても中間径フィラメントの存在を示す研究が数例あり、植物細胞から精製したタンパク質がin vitroで中間径フィラメント様の繊維状の構造物を形成することなどが報告されています。しかし、植物細胞において中間径フィラメントタンパク質は同定されておらず、植物細胞に中間径フィラメントが存在するか否かについてははっきりとした統一的な見解が得られていません。
私たちの研究室では、シロイヌナズナの遺伝子の中から、中間径フィラメントタンパク質の遺伝子の候補として、植物細胞内で強制発現させると細胞骨格のような繊維を形成するタンパク質をコードする遺伝子を１つ選び出し、Intermediate Filament Motif Protein 1（IFMoP1）と命名しました。このタンパク質繊維が中間径フィラメントとよべるものなのか、また、それがどのような働きを持つのかということについて調査を行っています。
写真：タバコ培養細胞内で作らせたIFMoP1-GFP融合タンパク質の蛍光観察像。IFMoP1が形成する繊維（緑）とDAPI染色による核の様子（青）。
組織培養・形質転換法の改良
遺伝子の機能を調べるためには、調べたい特定の遺伝子を導入した形質転換体（遺伝子組換え植物）を利用する研究法が有効です。また、植物ではゲノム編集植物の作出も形質転換体作製法を応用した方法によるものが多いのが現状です。
ところが、私たちが研究材料として用いている植物の中には、形質転換体を作製するための初期材料の入手が困難であったり、従来法では形質転換効率が低かったりといった理由で形質転換体の作製が容易に行えないことが、研究の進展の障害となっているものがあります。
私たちは、エリモショウズという品種のアズキやアサガオ、タマネギの形質転換体を簡便に作製するために、組織培養で植物体を高効率で再生させる条件や遺伝子導入の方法の改良を試みています。食虫植物ウツボカズラについても、捕虫器の形態形成について研究を行うために培養法や形質転換法の検討を行っています。
