植物の環境感覚:刺激受容から細胞応答まで - 文部科学省 科学研究費補助金 新学術領域研究 平成22年度~26年度

A01-ア 計画研究:個別刺激応答機構

計画研究ア:光に対する植物の細胞応答機構の解明

研究代表者 長谷 あきら 京都大学大学院理学研究科・教授 研究代表者ホームページ
連携研究者 望月 伸悦 京都大学大学院理学研究科・助教  
鈴木 友美 京都大学大学院理学研究科・助教  

研究概要

植物にとって光は、最も重要な環境刺激の一つであり、植物は、これに応答するための独特な光感覚システムを発達させてきた。植物の光受容体が生理応答を引き起こす機構の概容は明らかにされつつあるが、技術的制約のため、植物の光応答を細胞応答として解析した例は非常に少なかった。そこで本研究では、研究項目A03 との緊密な連携のもと、新規技術を積極的に取り入れ、新しい植物の光感覚システム像の構築を目指す。

フィトクロムやクリプトクロムなどの植物特有の光受容体は、核内で遺伝子発現を制御する。しかしながら、植物の個々の組織、さらには個々の細胞がどのように光刺激に応答し、またその応答が器官・個体レベルの遺伝子応答としてどのように統合されるかについては殆どわかっていない。そこで本研究では、計画研究ケの細川らと協力し、光刺激を与えた器官から特定の組織や細胞を切出し、計画研究キの神原らと共同で単一細胞遺伝子発現解析を行う。これにより、植物組織内の個々の細胞の応答を直接的に測定することが初めて可能となり、植物の光応答の新しい側面が明らかとなる。

一方、フォトトロピンと呼ばれる光受容体は生体膜上で機能すると考えられている。最近の知見によれば、フォトトロピンが細胞膜や内膜系オルガネラの機能を直接的に制御している可能性がある。実際、我々はそれを示唆する実験的な証拠も得ている。そこで本研究では、研究項目A02 との緊密な連携のもと、光刺激に応答したオルガネラ応答全般について、分子生物学的、細胞生物学的手法を駆使して解析する。さらに、以上の研究成果を、低温や水分などの他の刺激応答の研究へフィードバックし、研究フロンティアの開拓を目指す。

図:子葉フィトクロムによる胚軸伸長制御機構に関する仮説

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