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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
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Yuki OKEGAWA 助教 :桶川 友季 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) Kajiya-Kanegae, H., Takanashi, H., Fujimoto, M., Ishimori, M., Ohnishi, N., Wacera, F. W., Omollo, E. A., Kobayashi, M., Yano, K., Nakano, M., Kozuka, T., Kusaba, M., Iwata, H., Tsutsumi, N. and Sakamoto, W. RAD-seq-Based High[1]Density Linkage Map Construction and QTL Mapping of Biomass-Related Traits in Sorghum using the Japanese Landrace Takakibi NOG. Plant Cell Physiol. 61: 1262-1272. (2020. 7.)
  • (2) Islam, M. S., Nguyen, T. V., Sakamoto, W. and Takagi, S. Phototropin- and photosynthesis-dependent mitochondrial positioning in Arabidopsis thaliana mesophyll cells. J. Integr. Plant Biol. 62: 1352-1371. (2020. 9.)
  • (3) Nishioka, K., Kato, Y., Ozawa, S. I., Takahashi, Y. and Sakamoto, W. Phos-tag-based approach to study protein phosphorylation in the thylakoid membrane. Photosynth. Res. doi.org/10.1007/s11120-020-00803-1 (2020. 12. Online preview)
  • (4) 坂本 亘・高見常明 オルガネラDNAを自己分解して栄養分にする~細胞内共生から生じた種子植物の生存戦略~. 化学と生物 57: 478-483. (2019. 8.)
  • (5) Kato, Y. and Sakamoto, W. Phosphorylation of the Chloroplastic Metalloprotease FtsH in Arabidopsis Characterized by Phos-Tag SDS-PAGE. Front. Plant Sci. 10: 1080. doi: 10.3389/fpls.2019.01080 (2019. 9.)
  • (6) Ohnishi, N., Wacera, F. and Sakamoto, W. Photosynthetic Responses to High Temperature and Strong Light Suggest Potential Post-flowering Drought Tolerance of Sorghum Japanese Landrace Takakibi. Plant Cell Physiol. 60: 2086-2099. (2019. 9.)
  • (7) Yamamoto, M., Nishimura, K., Kitashiba, H., Sakamoto, W. and Nishio, T. High temperature causes breakdown of S haplotype-dependent stigmatic self-incompatibility in self-incompatible Arabidopsis thaliana. J. Exp. Bot. 70: 5745-5751. (2019. 10.)
  • (8) 坂本 亘・高見常明 葉緑体DNA分解による種子植物のリン再利用戦略.生化学 91: 785-789. (2019. 12.)
  • (9) Busch, F.A., Tominaga, J., Muroya, M., Shirakami, N., Takahashi, S., Yamori, W., Kitaoka, T., Milward, SE., Nishimura, K., Matsunami, E., Toda, Y., Higuchi, C., Muranaka, A., Takami, T., Watanabe, S., Kinoshita, T., Sakamoto, W., Sakamoto, A. and Shimada, H. Overexpression of BUNDLE SHEATH DEFECTIVE 2 improves the efficiency of photosynthesis and growth in Arabidopsis. Plant J. doi: 10.1111/tpj.14617 (2019. 11. Online preview)

卒業生・修了生の進路

  • 企業(製薬、種苗、食品、土木、報道、化学・植物工場関連など)
  • 大学教員・博士研究員(熊本大学、岩手大学、奈良先端大学など)
  • 非常勤職員(東京医科歯科大、食品検査)