植物共生工学

赤松 明 (あかまつ あきら) 助教

植物共生工学研究室

研究分野:
細胞間相互作用、共生、植物分子生物学
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植物細胞が持つ敵味方を見分けるための機能

 我々人間をはじめとする動物は、自分以外の他者の侵入を拒むために、様々な免疫機構を獲得してきました。抗体を作り細菌やウイルスの侵入を防ぐ機構があることは非常によく知られています。また、近年の微生物検出技術の向上により、我々は有用な腸内細菌や皮膚における常在細菌と共存しており、我々の細胞は、他者である微生物を無差別に排除するだけではないことが明らかになっています。さて、一方で植物細胞は、どのようにして微生物と向き合っているのでしょうか?実は、植物も自身にとって敵か味方かを瞬時に判断し、敵には免疫機構を作動させることで排除し、味方には共生機構によって体内や体表面で受け入れていることが知られています。近年の解析から、植物は微生物が持つタンパク質や多糖を目印に敵味方を判断していることや、微生物の情報をホルモンやカルシウムイオンを使って全身で共有することが分かってきました。しかし、それだけでは説明がつかないことがまだまだ沢山あります。我々が予想だにしなかった植物細胞がもつ機能を明らかにし、植物-微生物相互作用が持つ可能性を広げていきたいと思っています。

植物細胞が共生微生物を受け入れるメカニズムを解明することの重要性

 では、なぜ植物が敵と味方を見分ける機能を知ることが重要なのでしょうか?私たちが研究対象としているマメ科植物ミヤコグサは、根粒菌と呼ばれる細菌と共生し、植物から根粒菌には光合成産物を、根粒菌は大気中の窒素を固定しアンモニアを植物に与えます。この共生関係は、我々の食料となる作物にとっても非常に大きな恩恵を与えます。マメ科植物は他科の植物とは異なった独自の進化により、根粒菌との共生を成立できるようになったと考えられています。その理由を知ることができれば、様々な作物において根粒共生を利用することができるようになるかもしれません。根粒菌以外にも、多くの細菌や真菌(カビ)が植物と共生することが知られており、それらを利用することで、21世紀の大きな課題である持続可能な食糧供給と環境の保全のために役立てることが期待されています。

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根粒共生および菌根共生における細胞膜タンパク質の役割を明らかにする

 研究室では、ミヤコグサと根粒菌、菌根菌(真菌)を使い共生菌感染時の植物細胞の応答をバイオイメージング技術や遺伝子発現解析、タンパク質-タンパク質相互作用解析などを用いて明らかにしようとしています。宿主植物細胞において、共生菌感染時に遺伝子発現が上昇し、かつ細胞膜上で機能すると予想される複数の遺伝子に着目し、共生菌を認識した際の情報伝達の仕組みや、共生菌の侵入を手助けするような構造変化を起こす仕組みの解明を行っています。また、これらの解析により得られた知見と、共生菌が感染することができない植物と比較を行うことで、植物が獲得した形質の正体を明らかにしていきます。