１．植物の金属集積機構の解明
２．細胞壁マトリクス構成要素と(半)金属元素の相互作用解析
３．植物の器官間相互作用を担う情報伝達機構の解明
陸上植物における金属元素の集積には、根による吸収、導管へのローディング、地上部への輸送、地上部における器官・細胞レベルでの分配、局在など様々な場面で必要とされる多くの機構が関わっています。生育に必要な栄養が欠乏した環境ではその栄養に対する獲得機構を働かせますが、一方で重金属を多く含む土壌や塩濃度が高いといった悪条件下では、細胞に毒性をもたらす金属を細胞外や液胞に排出したり、キレートの形成により無毒化したりする機構を活性化させています。
このような細胞環境の維持には特定の金属に対してただ一つの機構が働くのではなく、多くの機構が協調して機能することが必要であると考えられます。また逆に、金属の輸送体には複数の金属に対する輸送活性を持つものもあることから、ある遺伝子が決まった一種類の金属だけではなく、複数の金属の恒常性維持に関与する可能性が示されています。
私たちは個々の金属トランスポーターや金属結合タンパク質などに対する研究から得られた知見を統合し、再構築することが植物栄養学に求められていると考え、生体内の多様な金属元素の挙動を網羅的に解析し (＝メタロミクス)、植物が持っている機能(＝ゲノム)と照らし合わせて解析する試みをスタートさせています。ページトップへ
竹森 友哉
大学院理工情報生命学術院 生命地球科学研究群
生物学学位プログラム 修士課程２年（M２）
シロイヌナズナにおけるトリオースリン酸イソメラーゼのカドミウムストレス耐性への関与
若月 采玖也
大学院理工情報生命学術院 生命地球科学研究群
生物学学位プログラム 修士課程１年（M１）
ミヤコグサにおける器官間の鉄輸送制御機構の解析
このトピックに関係する卒業生のテーマ
令和６年度修士論文
太田日菜子(修士(農学)、生物資源科学学位プログラム)：ミヤコグサにおける鉄の局在と輸送に関する系統間差の解析
令和５年度卒業研究
石田萌音(生物資源学類)：カドミウム曝露に対するトリオースリン酸イソメラーゼ欠損シロイヌナズナの応答解析
小幡昂諒(生物資源学類)：高濃度亜鉛条件下におけるイネ体内の亜鉛分配の解析
上安欣語(生物学類)：染色体置換系統を用いた貧栄養下におけるイネ祖先種の生育と元素蓄積の解析
令和４年度修士論文
李晨煜(修士(農学)、生物資源科学学位プログラム)：イネの放射性セシウム吸収・輸送に対するナトリウムの影響
令和２年度修士論文
安藤希珠名(修士(環境科学)、環境科学専攻)：ポプラにおける冬季のカルシウム局在変化と低温耐性への関与
平成３０年度修士論文
大内実樹(修士(環境科学)、環境科学専攻)：ミヤコグサにおける地上部への鉄輸送に関する系統間差の解析
田中宏樹(修士(理学)、環境バイオマス共生学専攻)：ポプラにおけるセシウムの篩部輸送に関与する輸送体の発現解析
林健吾(修士(理学)、環境バイオマス共生学専攻)：鉄欠乏条件下におけるシロイヌナズナのオーキシン制御機構の解明
平成２８年度博士論文
野田祐作(博士(学術)、環境バイオマス共生学専攻)：Alteration of Cesium Behavior and Gene Expression of Alkali Metal Transporters
Induced by Short Day Transition in Model Tree, Poplar
平成２６年度修士論文
野田浩希(修士(理学)、環境バイオマス共生学専攻)： ミヤコグサにおけるカリウム欠乏に応答するセシウム吸収機構の解析
平成２５年度博士論文
松岡啓太(博士(理学)、生命共存科学専攻)：Studies on the Regulation of Expression of Iron-uptake-related Genes in Arabidopsis
平成２５年度修士論文
菊田真大(修士(理学)、環境科学専攻)： ポプラの根におけるカリウムチャンネルの発現に対する環境要因の影響
平成２４年度修士論文
清道大輝(修士(理学)、環境科学専攻)：ポプラの根におけるCa輸送体の発現に対する環境要因の作用
平成２４年度卒業研究
高野 葵(生物学類)：ミヤコグサにおけるZn輸送と関連遺伝子の解析
平成２２年度修士論文
岩田佳晃(修士(理学)、生命共存科学専攻)：ミヤコグサにおけるZn集積の系統間差と関連ＱＴＬの解析
金澤昌史(修士(理学)、環境科学専攻)：ポプラの無機物質輸送に対する環境要因の影響
２．細胞壁マトリクス構成要素と(半)金属元素の相互作用解析
外部環境と植物のインターフェイスとして植物の環境適応戦略の最前線を担う細胞壁は、セルロースだけではなく様々な多糖類、タンパク質、架橋に関わる（半）金属などのマトリクス構成要素からなっています。このマトリクス構造の主要な構成要素であるホウ素やカルシウムの役割については多くの研究により一定の理解が得られていますが、その他の（半）金属とマトリクス間の相互作用についてはいまだ不明な点が多く残されています。
私たちは、細胞壁に存在する多糖類やタンパク質が無機イオンや栄養のストレスによりどのように変化するのか、さらにはどのようなメカニズムで植物は環境の変化を認識し、適応しているのかを解明したいと考えています。そこで酸性土壌において根の伸長を著しく阻害することが知られているアルミニウムを毒性イオンのモデルとして、また栄養ストレスのモデルとしてイネにとって農業上の必須元素として知られているケイ素の欠乏に着目して細胞壁マトリクス構成成分が受ける影響について解析を行っています。ページトップへ
このトピックに関係する卒業生のテーマ
令和３年度博士論文
長山照樹(博士(理学)、環境バイオマス共生学専攻)：Studies on the Role of Cell Walls under Aluminum Stress in Rice
平成２５年度博士論文
山本剛史(博士(理学)、生命共存科学専攻)：Analysis of the Mechanisms of Secondary Cell Wall Synthesis Controlled by Silicon in Rice (Oryza sativa L.)
平成２３年度修士論文
曽我江里(修士(理学)、生命共存科学専攻)：Analysis of Apoplastic Proteins Affected by Short-term Al Treatment in Soybean Root
平成２３年度卒業研究
犬塚 聡(生物学類)：イネ葉身におけるMn過剰が誘導するPAL活性の解析
３．植物の器官間相互作用を担う情報伝達機構の解明
陸上植物は根・茎・葉・花といった様々な器官を持っていますが、健全な生育のためにはそれらが相互作用して協調的に機能しなくてはなりません。そのためには、それぞれの器官において自らの状態をモニターし、その情報を他の器官に伝達し、対応すべき器官が適切なメカニズムを活性化させる、というプロセスが必要になります。この植物の器官間相互作用の中でも、私たちは特に情報の伝達に興味を持って研究を進めています。
情報の伝達は何らかの物質の移動によって担われていると考えられます。根から地上部への物質輸送には導管が、地上部から根へは篩管が使われていることが知られており、またこのような管状組織以外にも、オーキシンの極性輸送のように細胞が直接情報の通り道になる例も明らかになっています。しかしながら、どのような物質が情報を伝えるメッセンジャーとなっているかに関しては、いまだに明らかにされていない現象が多く残されています。
植物の器官間相互作用を伝達物質の面から明らかにできれば、植物が持っている機能を私たちがある程度コントロールすることが出来るようになるかもしれません。植物が持っている機能を私たちの生活にうまく活かしていくためには、能力そのものの上昇（＝高機能な遺伝子の同定、機能改変とその導入）に加えて、能力を人為的に活性化させること（＝遺伝子の発現を誘導するメカニズムの解明と制御法の確立）が必要であると考え、そのための基礎となる研究を行っています。ページトップへ
若月 采玖也
大学院理工情報生命学術院 生命地球科学研究群
生物学学位プログラム 修士課程１年（M１）
ミヤコグサにおける器官間の鉄輸送制御機構の解析
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平成２５年度博士論文
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