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葉緑体運動

植物細胞は、様々な環境変化を敏感に感じ取り、光合成を担う葉緑体の細胞内配置を頻繁に変えることが知られています。葉緑体が細胞内配置を変える現象は、葉緑体運動と呼ばれます。たとえば、弱光下の植物細胞は、葉緑体を細胞表面に配置し、光合成を最大化します。一方、強光下の植物細胞は、葉緑体を細胞接着面に配置し、光ダメージを回避します。我々は、植物細胞がどのようにして環境を感知し、葉緑体の細胞内配置を変えるのかに興味を持っています。

<葉緑体の寒冷逃避運動>

我々は、葉緑体の細胞内配置が光環境の変化だけでなく、温度変化に応答しても変わることに気がつきました。たとえば、20℃前後の弱光下で栽培されているホウライシダやゼニゴケの葉緑体は細胞表面に配置するのですが、これを0℃付近の環境に移すと、葉緑体は細胞表面から細胞接着面に移動します(J Plant Res, 2008Plant Cell Environ, 2013)。最近、被子植物でもこの現象が観察されることがわかりました(PNAS, 2017)。このような低温で誘導される葉緑体運動は、我々が100年ぶりに再発見した生理現象であり、「葉緑体の寒冷逃避運動」と名付けました(J Plant Res, 2008)。観察実験によって、寒冷逃避運動の際には葉緑体が押しくら饅頭のように凝集しながら運動することや(J Plant Res, 2017)、細胞骨格分子であるアクチンを利用して運動すること(Peer J, 2016)もわかってきました。また、葉緑体だけでなく、核やペルオキシソームも低温に応答して細胞内配置を変えることも明らかになりました(Plant Cell Environ, 2013)。

<植物の温度感知>

寒冷逃避運動は、青色光を感知するタンパク質(青色光受容体)として知られるフォトトロピンによって制御されます(J Plant Res, 2008)。我々は、寒冷逃避運動が誘導される際、フォトトロピンが青色光受容体としてだけでなく、低温を感知する温度受容体としても働くことを発見しました(PNAS, 2017)。多くの生物が持つ様々な光受容体(例えば、ヒトの目で働くロドプシンなど)も、フォトトロピンと同様の機能を持っています。そのため、本研究成果は、多くの光受容体が温度受容体として働く可能性を示唆するものであり、生物の温度感知に関する新しい説を提唱できたと考えています。

<光合成の最適化>

葉緑体の寒冷逃避運動は植物の越冬や低温耐性に関与することが示唆されています(J Plant Res, 2008)。また寒冷逃避運動は、低温下における光合成の最適化に関与することもわかりました(PNAS, 2017)。また、フォトトロピンの温度感知機能を人為的に改変することにも成功しました(PNAS, 2017)。将来的には、フォトトロピンが関与する分子機構を改変することによって、低温下(冬期など)における植物バイオマスの増加や農作物の効率的な栽培に貢献することも期待されます。

バイオイメージング

植物細胞内で起こる様々な分子反応を可視化するバイオイメージング技術の開発に取り組んでいます。たとえば、クラゲやサンゴから単離された蛍光タンパク質を改変して様々な技術を開発しています(Plant Mol Biol, 2009PNAS, 2010Biotechniques, 2010Plant Biotechnol, 2011Plant Biotechnol, 2015)。

また、葉緑体の自家蛍光を完全に消去して、植物細胞をイメージングすることにも成功しました(PLoS ONE 2016)。本技術(タイムゲーティング)に関して、児玉准教授のインタビューがライカHPに掲載されました。

植物バイオテクノロジー

植物を分子生物学で解析するためには、遺伝子導入、遺伝子組換え、ゲノム編集などの植物を改変するバイオテクノロジーが必要です。これまで、簡便で効率的なゼニゴケの形質転換法であるアガートラップ法の開発や(Plant Cell Physiol, 2014)、ゲノム編集モジュールの評価技術(BBRC, 2018)、共同研究として細胞への遺伝子導入に関する新しい技術(Biomacromolecules, 2013)などを開発しています。

メンバー(Members)

児玉 豊(PI,准教授)
石川 一也(特任助教)
加藤 翔太(特任助教)
高橋 ひとみ(実験補助員)
藤澤 麻美(事務補佐員)
Yong Lee Kien(修士2年)
坂田 桃子(修士2年)
佐々木 琴子(修士1年)
鈴木 智恵子(修士1年)
高橋 大和(学部4年)
市川 晋太郎(学部3年)
福島 竜志(学部3年)

過去のラボメンバー

卒業学生
・坪山 祥子(H25.4~H31.3/連合農学研究科生物制御科学専攻/平成30年度修了):修士・博士
・藤井 雄太(H24.7~H31.3/連合農学研究科生物制御科学専攻/平成30年度修了):学士・修士・博士
・今野 涼太(H27.11~H31.3/農学研究科生物生産科学専攻応用生物学コース/平成30年度修了):学士・修士
・大崎 益秀(H28.4~H30.3/農学研究科生物生産科学専攻応用生物学コース/平成29年度修了):修士
・濵島 典子(H25.7~H29.3/農学研究科生物生産科学専攻応用生物学コース/平成28年度修了):学士・修士
・木村 俊(H24.7~H.29.3/農学研究科生物生産科学専攻応用生物学コース/平成28年度修了):学士・修士
・田村 沙織(H24.11~H.28.3/農学研究科生物生産科学専攻化学コース/平成27年度修了):学士・修士
・吉村 彩香(H25.11~H27.3/農学部生物生産科学科化学コース/平成26年度卒業):学士
・小笠原 有香(H23.6~H25.3/農学部生物生産科学科植物コース/平成24年度卒業):学士

学生の就職先
・公務員等:博士研究員、NEDO職員、理研職員、高校教員、市役所職員、小中学校事務職員、等
・企 業:日本食研、資生ケミカル、三井化学東セロ、等

過去のスタッフ
・陽川 憲(H29.7~H30.10/特任助教)→北見工大・助教(PI)
・蔭西 知子(H29.8~H30.10/博士研究員)→北見工大・研究員
・田中 裕之(H27.4~H30.3/博士研究員)→東工大・研究員
・坪山 祥子(H31.4/学振PD)→筑波大・研究員
・氷川 未央(H28.12~H31.3/実験補助員)
・北村 里香(H28.4~H28.12/実験補助員)
・西條 理恵子(H26.4~H27.8/実験補助員)
・西澤 和代(H25.4~H25.6/実験補助員)
・坪山 祥子(H24.4~H25.3/実験補助員)

・北村 里香(H28.4~H28.12/実験補助員)
・西條 理恵子(H26.4~H27.8/実験補助員)
・西澤 和代(H25.4~H25.6/実験補助員)
・坪山 祥子(H24.4~H25.3/実験補助員)

・氷川 未央(H28.12~H31.3/実験補助員)
・北村 里香(H28.4~H28.12/実験補助員)
・西條 理恵子(H26.4~H27.8/実験補助員)
・西澤 和代(H25.4~H25.6/実験補助員)
・坪山 祥子(H24.4~H25.3/実験補助員)

ラボメンバーの表彰など
H30:宇都宮大学基金齋藤裕奨学金(M1:坂田桃子)
H30:日本学術振興会特別研究員DC2(2年間)(D3:藤井雄太)
H29:生物資源科学科優秀発表賞(B4:坂田桃子)
H29:第8回アジア・オセアニア光生物学会議・ポスター賞(D2:藤井雄太)
H29:日本植物細胞分子生物学会・学生奨励賞(D2:田中(坪山)祥子)
H29:林レオロジー記念財団奨学金(2年間)(M1:今野涼太)
H28:大学コンソーシアムとちぎ・カゴメ賞(M2:濵島典子)
H28:大学コンソーシアムとちぎ・奨励賞(M2:木村俊)
H28:特別経費講演会優秀ポスター賞(M2:木村俊)
H28:林レオロジー記念財団奨学金(1年間)(M2:濵島典子)
H28:林レオロジー記念財団奨学金(1年間)(M2:木村俊)
H28:宇都宮大学成績優秀者表彰(M2:藤井雄太)
H27:日本学術振興会特別研究員DC1(3年間)(D1:田中(坪山)祥子)
H27:宇都宮大学成績優秀者表彰(M2:田中(坪山)祥子)
H27:宇都宮大学成績優秀者表彰(B4:吉村彩香)
H26:UU-BOS優秀ポスター賞(B4:吉村彩香、M1:藤井雄太)
H26:宇都宮大学基金齋藤裕奨学金(M1:藤井雄太)
H25:宇都宮大学成績優秀者表彰(B4:小笠原有香)