研究室・教員

研究室紹介

遺伝子実験施設 The Center for Gene Research
多細胞秩序グループ Laboratory of Multicellular Coordination

教授
打田 直行植物体内の多細胞秩序の構築・維持・変化の仕組み
講師
松尾 拓哉緑藻の概日時計と光シグナル伝達
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English
打田 直行教授

研究の概要

多細胞生物の個体内では、多種多様な細胞群が互いに連絡を取り合い協調して活動しています。その結果、多細胞の集合体である個体の形が巧みに作られたり、環境の変化に個体として柔軟に対応したりすることができます。私たちの研究室では、それら細胞群の秩序がいかに作られ維持されるのか、また、その秩序が状況に応じていかに変化するのか、に興味を持ち、それらの制御のために作動する仕組みの解明を目指しています。とりわけ、芽生えた場所の変わりゆく環境の中で柔軟に生き抜くための様々な戦略を進化の中で獲得してきた植物を題材に、多細胞秩序のために細胞間で伝達される様々な情報の分子実体の追求や、その情報伝達のメカニズムの解明、関連する遺伝子群の機能解析、に取り組んでいます。また、それら情報分子群の働きの人為的な改変も進めています。さらに、独自に発見した従来にない作用を持つ人工化合物を活用して多細胞秩序の新制御点を発掘する試みも行っています。

多細胞秩序の構築・維持・変化の調節のために、細胞間で伝達される情報の分子実体に迫る

・未解明の役割を担う情報分子群の探索
 ・その作用発揮メカニズムの解明

         

情報分子群の作用や能力の改変や操作を通じて、多細胞秩序をより深く理解する

・情報分子群の人為的な改変や操作
 ・ケミカルバイオロジー(生物学と化学の融合手法)の活用

                    

従来にない作用を持つ化合物を活用して、多細胞秩序の新制御点を発掘する

・興味深い活性を持つ新規化合物の探索とその作用メカニズムの解明
 ・同定した独自化合物を用いた生体機能の人為的操作

他にも、過去になかった新しい視点やコンセプト、最先端の遺伝子解析技術を果敢に導入することで、多細胞秩序の理解に新局面を導くことを目指しています。

図1

シロイヌナズナの茎の輪切り切片写真。植物の体は、大きさも機能も異なる様々な細胞群が、秩序よく配置され協調して働くことで成り立っている。

図2

正常なシロイヌナズナ(左)と、細胞間の協調を担う仕組みに異常を持つ変異体の1例(右)。この例では、多細胞間で保たれるはずの秩序が崩れたために、個体が急速に老化し、朽ち果てていく。

References

最近の主要な原著論文
  1. Kimura Y, Tasaka M, Torii KU and Uchida N (2018) ERECTA-family genes coordinate stem cell functions between the epidermal and internal layers of the shoot apical meristem. Development, 145, dev156380.
  2. Uchida N, Takahashi K, Iwasaki R, Yamada R, Yoshimura M, Endo TA, Kimura S, Zhang H, Nomoto M, Tada Y, Kinoshita T, Itami K, Hagihara S and Torii KU (2018) Chemical hijacking of auxin signaling with an engineered auxin-TIR1 pair. Nature Chem. Biol., 14, 299-305.
  3. Hirakawa Y, Shinohara H, Welke K, Irle S, Matsubayashi Y, Torii KU and Uchida N (2017) Cryptic bioactivity capacitated by synthetic hybrid plant peptides. Nature Commun., 8, 14318.
  4. Ikematsu S, Tasaka M, Torii KU and Uchida N (2017) ERECTA-family receptor kinase genes redundantly prevent premature progression of secondary growth in the Arabidopsis hypocotyl. New Phytol., 213, 1697-1709.
  5. Tameshige T, Okamoto S, Lee JS, Aida M, Tasaka M, Torii KU and Uchida N (2016) A secreted peptide and its receptors shape the auxin response pattern and leaf margin morphogenesis. Curr. Biol., 26, 2478-2485.
  6. Uchida N and Tasaka M (2013) Regulation of plant vascular stem cells by endodermis-derived EPFL-family peptide hormones and phloem-expressed ERECTA-family receptor kinases, J. Exp. Bot., 64, 5335-5343.
  7. Uchida N, Shimada M and Tasaka M (2013) ERECTA-family receptor kinases regulate stem cell homeostasis via buffering its cytokinin responsiveness in the shoot apical meristem. Plant Cell Physiol., 54, 343-351.
  8. Uchida N, Lee JS, Horst RJ, Lai HH, Kajita R, Kakimoto T, Tasaka M and Torii KU (2012) Regulation of inflorescence architecture by intertissue layer ligand-receptor communication between endodermis and phloem. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 109, 6337-6342.

最近の主要な総説
  1. Uchida N and Torii KU. (2019) Stem cells within the shoot apical meristem: Identity, arrangement and communication. Cell. Mol. Life Sci. 76, 1067-1080.
  2. 高橋 宏二,萩原 伸也,鳥居 啓子,打田 直行 (2019) オーキシン応答の自在操作を実現する人工ホルモン・受容体ペアの創成〜植物ホルモン応答の自在操作に向けた新展開〜, 化学と生物, 57, 80-87.
  3. Hirakawa Y, Torii KU and Uchida N (2017) Mechanisms and strategies shaping plant peptide hormones. Plant Cell Physiol., 8, 1313-1318.
  4. Tameshige T, Ikematsu S, Torii KU and Uchida N (2017) Stem development through vascular tissues: EPFL-ERECTA family signaling that bounces in and out of phloem. J. Exp. Bot., 68, 45-53.
  5. Tameshige T, Hirakawa Y, Torii KU and Uchida N (2015) Cell walls as a stage for intercellular communication regulating shoot meristem development. Front. Plant Sci., 6, 324.
  6. 打田 直行 (2013) 植物が茎を伸ばす仕組みで働くスイッチの発見 〜植物の背丈を人為的に操る技術につながるか?〜, 化学と生物, 51, 588-589.
  7. 打田 直行 (2013) 花序の形態の制御で働くEPFL型ペプチドホルモンとその受容体, 植物の生長調節, 48, 67-72.
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