岡山大学大学院 環境生命科学研究科

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植物遺伝生理解析学分野

植物遺伝生理解析学分野 (Plant Genetics and Physiology)

資源植物科学研究所 研究グループ

  光環境適応研究グループ

教員

SAKAMOTO Wataru 教授 :坂本 亘 Prof. SAKAMOTO Wataru
E-mail:saka@(@以下はokayama-u.ac.jp を付けてください。)
専門分野: 植物分子生物学・遺伝学
MATSUSHIMA Ryo 准教授 :松島 良 Assoc. Prof. MATSUSHIMA Ryo
E-mail:rmatsu@(@以下はokayama-u.ac.jp を付けてください。)
専門分野: 細胞生物学
OKEGAWA Yuki 助教 :桶川 友希 Asst. Prof. OKEGAWA Yuki
E-mail:okegawa@(@以下はokayama-u.ac.jp を付けてください。)
専門分野: 植物生理学

主な研究テーマ

 本グループでは、光合成機能を担う細胞内器官である葉緑体(色素体)に注目し、強光による光合成の光阻害と、それらを緩和する葉緑体の機能ならびに色素体の多面的な機能を明らかにする。これらの基盤研究を通して、植物が持つ光環境への適応について理解するとともに、作物の育種やバイオマス生産に役立てることを目指す。

強光ストレス下における植物の光障害適応機構の解析

 光合成において過剰な光エネルギーは光化学系IIに障害をあたえ、光合成機能の低下を引き起こすことが知られている。これを回避するため、光化学系IIでは障害をうけた反応中心タンパク質D1を直ちに分解/修復し、系全体の機能維持を行っている。光化学系IIの迅速な修復に関わる因子について、プロテアーゼを中心に解析している。

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光化学系IIの分解/修復サイクルの模式図

葉緑体膜の修復と維持に関わる新奇タンパク質の解析

 葉緑体は過剰な光エネルギーで脂質やタンパク質が損傷を受けやすいため、それらを緩和して環境に適応するための様々なしくみを発達させている。損傷を受けた葉緑体の膜を修復しながら葉緑体機能維持に関わっている、VIPP1と呼ばれるタンパク質について解析している。このタンパク質を強化することで、葉緑体での光合成能を強化させ、環境ストレスに強い作物の育成を目指している。

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VIPPタンパク質の欠損変異体の葉緑体

葉緑体DNAの代謝機構に関する研究

 細胞内共生に由来して葉緑体が持つDNAは、植物の発生段階によってそのコピー数が変動するがその生理学的意義や分子機構については不明である。これらの疑問を明らかにするための研究を、シロイヌナズナ突然変異体を用いて行っており、オルガネラDNA分解酵素の同定によるDNA分解現象の発見と、その機能解析を行っている。

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オルガネラDNA分解酵素欠損変異体の花粉

澱粉粒の形状多様性を支配する分子機構の解析

 澱粉粒は、植物が光合成産物として色素体内に蓄積するグルコース多量体である。澱粉粒の形状は植物種によって大きく異なるが、その形状多様性を支配する分子機構は現在まで不明である。澱粉粒の形状について、イネ突然変異体を単離し解析を行っている。

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イネ科Bromus属の澱粉粒の形状多様性

最近の主な業績

  • (1) Takanashi, H., Shichijo, M., Sakamoto, L., Kajiya-Kanegae, H., Iwata, H., Sakamoto, W. and Tsutsumi, N. Genetic dissection of QTLs associated with spikelet-related traits and grain size in sorghum. Sci. Rep. 11(1): 9398. (2021. 4.)
  • (2) Ida, T., Crofts, N., Miura, S., Matsushima, R. and Fujita, N. Structure and Properties of Starch in Rice Double Mutants Lacking Starch Synthase (SS) IIa and Starch Branching Enzyme (BE) Iib. J. Appl. Glycosci. 68: 31-39. (2021. 4.)
  • (3) Gupta, T. K., Klumpe, S., Gries, K., Heinz, S., Wietrzynski, W., Ohnishi, N., Niemeyer, J., Spaniol, B., Schaffer, M., Rast, A., Ostermeier, M., Strauss, M., Plitzko, J. M., Baumeister, W., Rudack, T., Sakamoto, W., Nickelsen, J., Schuller, J. M., Schroda, M. and Engel, B. D. Structural basis for VIPP1 oligomerization and maintenance of thylakoid membrane integrity. Cell 184(14): 3643-3659. (2021. 7.)
  • (4) Taketa, S., Hattori, M., Takami, T., Himi, E. and Sakamoto, W. Mutations in a Golden2-Like Gene Cause Reduced Seed Weight in Barley albino lemma 1 Mutants. Plant Cell Physiol. 62(3): 447-457. (2021. 7.)
  • (5) Jing, Z., Wacera, F. W., Takami, T., Takanashi, H., Fukada, F., Kawano, Y., Kajiya-Kanegae, H., Iwata, H., Tsutsumi, N. and Sakamoto, W. NB-LRR-encoding genes conferring susceptibility to organophosphate pesticides in sorghum. Sci. Rep. 11(1): 19828. (2021. 10.)
  • (6) Okegawa, Y., Tsuda, N., Sakamoto, W. and Motohashi, K. Maintaining the Chloroplast Redox Balance Through the PGR5-Dependent Pathway and the Trx System is Required for Light-Dependent Activation of Photosynthetic Reactions. Plant Cell Physiol. 63(1): 93-102. (2022.1.)
  • (7) Nagamatsu S, Wada T, Matsushima R, Fujita N, Miura S, Crofts N, Hosaka Y, Yamaguchi O, Kumamaru T. Mutation in BEIIb mitigates the negative effect of the mutation in ISA1 on grain filling and amyloplast formation in rice . Plant Mol Biol., 108: 497-512 (2022.1)
  • (8) Yamatani, H., Ito, T., Nishimura, K., Yamada, T., Sakamoto, W., and Kusaba, M. Genetic analysis of chlorophyll synthesis and degradation regulated by BALANCE of CHLOROPHYLL METABOLISM. Plant Physiol., 189: 431-444 (2022.3)
  • (9) Okegawa, Y., Sakamoto, W. and Motohashi, K. Functional division of f-type and m-type thioredoxins to regulate the Calvin cycle and cyclic electron transport around photosystem I. J Plant Res. doi: 10.1007/s10265-022-01388-7. (2022.3. Online Preview)
  • (10)Wahinya, F. W., Yamazaki, K., Jing, Z., Takami, T., Kamiya, T., Kajiya-Kanegae, H., Takanashi, H., Iwata, H., Tsutsumi, N., Fujiwara, T., and Sakamoto, W. (2022) Sorghum ionomics reveals the finctional SbHMA3a allele that limits excess cadmium accumulation in grains. Plant Cell Physiol. https://doi.org/10.1093/pcp/pcac035 (2022.3. Online Preview)
  • (11)Ida, T., Crofts, N., Miura, S., Matsushima, R. and Fujita1,N. Starch biosynthetic protein complex formation in rice ss2a be2b (+) double mutant differs from their parental single mutants. J. Appl. Glycosci. https://doi.org/10.5458/jag.jag.JAG-2021_0015 (2022.3. Online Preview)

卒業生・修了生の進路

  • 熊本大学(教員)、岩手大学(ポスドク)、東京医科歯科大学(非常勤職員)、奈良先端大学(ポスドク)、塾講師、種苗会社、製薬会社、食品会社、土木関連会社、報道関連