植物の環境ストレス応答および病害応答の双方に関わる制御メカニズムの解明

• 研究概要

  植物の生育は、外環境の変化に多大な影響を受ける。外環境の変化は、生物的ストレス（病害等）と非生物的ストレス（乾燥、塩、温度変化等）とに分けられる。植物は、これらのストレスに対抗するための様々なメカニズムを有していることがわかってきたが、近年ではこれらの応答経路が互いに関連し合っていることがわかってきた。本研究では、これらのストレス応答機構を解明することで、将来的にはストレス耐性植物の分子育種につながる知見を得ることを目的とする。

  

• 研究目的

  植物は移動の自由を持たないため、その生育は様々な環境要因の影響を受ける。そのような環境要因（ストレス）は、大きく分けて生物的ストレスと非生物的ストレスに分けられる。前者は病害や虫害等の被害であり、後者は乾燥や塩分、温度変化などが該当する。これらは農業生産を減少させる要因となることから、植物のストレス耐性は食糧増産に直結する重要な研究課題である。生物的・非生物的ストレス応答の関わりを解く鍵の一つは、植物ホルモンのアブシシン酸（ABA）である。ABAは、長らく植物の乾燥耐性や耐塩性に関わるホルモンとして研究が進んできたが、近年病害応答にも関わることが示唆されている。本研究チームは、ABAシグナル伝達を中心に植物の非生物的・生物的ストレス応答機構を明らかにすることを目標とする。

  

• 研究計画

  1.　植物のストレス応答に関わるMAPキナーゼカスケードの解析
  MAPキナーゼ（MAPK）は真核生物に見られるプロテインキナーゼで、様々な細胞内シグナル伝達に関わっている。植物においても、MAPK経路が生物的ストレスおよび非生物的ストレス応答の両方に関わることが示唆されている。申請者らは、MAPK経路に関わるMKP1が、ABA応答および病害応答の双方に関わることを、Scott Peck博士およびJeffrey Anderson博士との共同研究によって明らかにしつつある。
  また、植物ホルモンであるアブシシン酸（ABA）のシグナル伝達系を、環境ストレス応答および病害応答の両面から明らかにするため、リン酸化タンパク質を田規模に解析するリン酸化プロテオーム解析を行っている。

  2．植物のストレス応答評価法の開発
  植物は、運動（調位，屈性および傾性）や蒸散（放熱）により、高温や乾燥ストレスを回避することが知られている。そこで、3次元深度センサおよびサーモグラフィを用いた草丈、葉位および葉温の計測系を構築し、植物の“個体ベースのストレス耐性”の評価システムを構築する。本学鈴木丈詞准教授と Vojislava Grbic博士は既に共同研究を進めており、平成30年度中に国際共著論文として発表する予定である。
  また、植物は環境ストレスを受けると，クロロフィルをはじめとした細胞・組織内部の内因性物質量や胞サイズ・密度等の形態に微弱な変化生じ、吸光・光散乱特性が変化することが知られている。そこで拡散反射分光法とRGBイメージセンサーを利用したハイパースペクトルイメージングシステムを構築し、植物のストレス応答を非破壊で長期間モニタリングする。本学西舘泉准教授とDaniel McDuff博士は既に生体の生理機能のリモートセンシングに関する共同研究を進めており、これまでに得られた知見やノウハウを本プロジェクトにも有効に活用することができる。

  

その他の研究者

西舘　泉　（工学研究院・准教授）
鈴木　丈詞　（グローバルイノベーション研究院テニュアトラック推進機構・テニュアトラック特任准教授）