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研究内容紹介

地球上の物質生産に欠かせない植物を始めとした光合成生物が、光などの様々な環境因子によってどのように影響を受け、またその変化に適応するのか、それらの生物の形態形成との関係や環境適応の機構を明らかにすることは、我々人類 にとって基礎・応用の両面から大きな課題です。私たちの研究室では、特にその中で植物の光合成の場である「葉緑体」の果たす役割、その環境に応答した形成の機構、さらにはその進化に着目し、研究を進めています。皆さんもご存知のように葉緑体は植物にとって光合成を行うための重要な細胞内小器官ですが、葉緑体は細胞の中に常に存在しているわけではなく、種子や暗所で発芽させた「もやし」の中には葉緑体はありません。種子が発芽する際、種子の中にある葉緑体の前駆体（色素体の一種）から、光シグナルの作用により葉緑体が形成され、光合成に必要なクロロフィル等の物質が蓄積し、緑化が起こります。この葉緑体の形成は、植物の緑化の際に細胞内で見られる最も大きな変化です。この葉緑体は、 植物の祖先となった細胞が最初から持っていた細胞内器官ではなく、シアノバクテリア（別名ラン藻）のような光合成をする微生物が植物のもとになる細胞に「細胞内共生」することによって出来上がった器官だといわれています。このように葉緑体は、我々生命にとって最も重要な「酸素」を生み出す光合成を行う点でも、植物の進化を考える点でも、極めて重要で、かつ魅力にあふれた器官だといえるでしょう。 　

私たちの研究室では、この葉緑体の機能、緑化などの際の形成の機構、その進化に着目しながら、植物や、その葉緑体のルーツとなる光合成微生物を研究材料として、以下の研究を進めています。

葉緑体に特有の膜脂質に着目した葉緑体の機能、形成機構、進化の研究

葉緑体を形作る膜は、我々の細胞を形作る膜と異なり、主に糖脂質でできています。またこの組成は、ラン藻の膜資質組成と瓜二つです。私たちはこの糖脂質の合成酵素遺伝子を世界に先駆けて高等植物とラン藻からそれぞれに単離し、それらが全く異なる遺伝子であることを明らかにしました。これらの遺伝子を手がかりにして葉緑体の機能や進化に迫る研究を展開しています。

葉緑体膜脂質由来の植物ホルモンの機能と情報伝達機構の研究

葉緑体の膜脂質は情報の発信源でもあります。なかでも代表的な植物ホルモンのジャスモン酸が植物のオゾンストレス耐性に関わる仕組みを明らかにしました。 また、ジャスモン酸の前駆体、OPDAがジャスモン酸とは異なる新しい生理活性物質であることを見出しました。

葉緑体に保存された原核生物型遺伝子発現制御機構の研究

細菌などの原核生物には、外部環境変化に応じて遺伝子発現やタンパク質機能を変化させる緊縮応答と呼ばれる機構が存在します。最近の研究から、この因子が葉緑体に保存されており、植物の様々な機能を調節していることがわかってきました。葉緑体は植物の成長を統括的に制御しているのかもしれません。現在、その仕組みを明らかにするため研究を進めています。

葉緑体で機能する緊縮応答因子の変異植物体（シロイヌナズナ）は、花の形態が異常になり、大きく稔性が下がる

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最近の論文

1. Sogabe Y., Nakamura H., Nakagawa T., Hasegawa S., Asano T., Ohta H., Yamaguchi K., Mueller MJ., Kodama H., Nishiuchi T.. (2011) Visualization of wounding-induced root-to-shoot communication in Arabidopsis, Plant Signal Behav.6:7.
2. Hasegawa S., Sogabe Y., Asano T., Nakagawa T., Nakamura H., Kodama H., Ohta H., Yamaguchi K., Mueller MJ., Nishiuchi T.(2011) Gene expression analysis of wounding-induced root-to-shoot communication in Arabidopsis thaliana. Plant Cell Environ. 34:705-16.
3. Masuda, S., Harada, J., Yokono, M., Yuzawa, Y., Shimojima, M., Murofushi, K., Tanaka, H., Masuda, H., Murakawa, M., Haraguchi, T., Kondo, M., Nishimura, M., Yuasa, H., Noguchi, M., Oh-oka, H., Tanaka, A., Tamiaki, H. and Ohta, H. (2011) A monogalactosyldiacylglycerol synthase found in the green sulfur bacterium Chlorobaculum tepidum reveals important roles for galactolipids in photosynthesis. Plant Cell. 23: 2644-2658.
4. Kondo, T. Masuda, S. and Mino, H. (2011) Pulsed ESR analysis of the photo-induced triplet radical pair in the BLUF protein SyPixD: Determination of the protein-protein distance and orientation in the oligomeric protein, Appl. Magn. Reson. 40: 545-555.
5. Kondo, T., Masuda, S., Tsutsumi, K. and Mino, H. (2011) Temperature dependence of relaxation time of a stable radical pair in SyPixD investigated by pulsed EPR. Chem. Phys. Lett. 501: 528-533.
6. Shimojima M, Ohta H. (2011) Critical regulation of galactolipid synthesis controls membrane differentiation and remodeling in distinct plant organs and following environmental changes. Prog Lipid Res., 21:258-266.
7. Tajima N, Sato S, Maruyama F, Kaneko T, Sasaki NV, Kurokawa K, Ohta H, Kanesaki Y, Yoshikawa H, Tabata S, Ikeuchi M, Sato N. (2011) Genomic Structure of the Cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 Strain GT-S. DNA Res.18:393-399.
8. Zulkifli L, Akai M, Yoshikawa a, Shimojima M, Ohta H, Guy HR and Uozumi N (2010) The KtrA and subunits are required for Na-dependent K uptake by KtrB across the plasma membrane in Synechocystis sp. strain PCC 6803. J. Bacteriol. In press.
9. Kanazawa, T., Ren, S., Maekawa, M., Hasegawa, K., Arisaka, F., Hyodo, M., Hayakawa, Y., Ohta, H. and Masuda, S. (2010) Biochemical and physiological characterization of a BLUF protein-EAL protein complex involved in blue light-dependent degradation of cyclic diguanylate in the purple bacterium Rhodopseudomonas palustris. Biochemistry 49: 10647-10655.
10. Nakasone Y, Ono T, Ishii A, Masuda S and Terazima M (2010) Temperature sensitive reaction of a photosensor protein YcgF: Possibility of a role of temperature sensor. Biochemistry 49: 2288-2296
11. Unno M, Kikuchi S and Masuda S (2010) Structural refinement of a key tryptophan residue in the BLUF photoreceptor AppA by ultraviolet resonance Raman spectroscopy. Biophys. J. 98: 1949-1956.
    
13. Narise T, Kobayashi K, Baba S, Shimojima M, Masuda S, Fukaki H and Ohta H (2010) Involvement of auxin signaling mediated by IAA14 and ARF7/19 in membrane lipid remodeling during phosphate starvation. Plant Mol. Biol. 72, 533-544.