研究内容

どのような分子の進化が、植物のからだのかたちを進化させたか？

植物のからだの形は、進化の過程で複雑化し、多様化してきました。その背後には、発生や形態形成に関わる分子の進化があると考えられます。花は葉が変化してできた器官である、という話を聞いたことがある人も多いと思います。一方で、進化の過程では、もともと存在していた葉や側生器官の機能を弱めたり、退化させたりすることで、新しい形態が生み出されることもあります。わたしたちの研究室では、このような葉や側生器官の退化に関わる遺伝子を発見し、形態の進化がどのような分子の変化によって引き起こされるのかを明らかにしてきました。

このほかにも、わたしたちの研究室で注目している体軸形成や細胞極性に関わる分子について、藻類から維管束植物まで比較することで、さまざまな違いが見えてくると考えられます。これらの違いを手がかりに、どのような分子基盤の変化が植物の形態の複雑化や多様化を可能にしたのか、という問題について研究していきたいと考えています。

現在取り組んでいる課題、これから取り組みたいと考えている課題は次のとおりです。

研究内容をさらに詳しく

オーキシン極性輸送システムの進化についての研究

オーキシンの極性輸送は、植物の形づくりにおいて重要な役割を果たしています。たとえば、葉脈パターン形成や器官形成の過程では、組織の中にオーキシンの流れや濃度勾配がつくられ、それを手がかりにして細胞の分化や成長の向きが制御されていると考えられています。この過程では、オーキシンを細胞の外へ輸送するPINタンパク質と、その局在を制御する分子基盤が重要な役割を担っています。

一方で、根や葉をもたないコケ植物にも、オーキシンやPINに関わる分子群は保存されています。それでは、複雑な器官をもたない植物は、この分子基盤を何のために使っているのでしょうか。また、どのような分子の変化が、維管束植物に見られる複雑な体制や器官パターンの進化を可能にしたのでしょうか。

わたしたちは、コケ植物、シダ植物、種子植物などを比較しながら、オーキシン極性輸送に関わる分子群の働きを解析しています。発生・形態形成の過程におけるオーキシン輸送、PINタンパク質の局在、細胞極性の制御を比較することで、植物のからだの複雑化を支えた分子基盤の進化を明らかにしたいと考えています。

葉や側生器官の退化を引き起こす分子機構の解析

地球上の植物は、多様な葉や側生器官を進化させてきました。葉は大きさや形を変えるだけでなく、花のような異なる器官へと変化することもあります。一方で、サボテンや菌従属栄養植物に見られるように、葉や側生器官を小さくしたり、退化させたりする進化も繰り返し起きています。

これまで、葉や側生器官を発達させるしくみについては多くの研究が行われてきましたが、逆にそれらを退化させる分子メカニズムについては、十分に理解されていませんでした。わたしたちは、葉や側生器官の退化に関わる転写因子 ALOG を発見し、ALOG が細胞分裂や葉緑体の発達を抑えることで、器官の退化に関わることを明らかにしてきました。

この ALOG の働きは、ゼニゴケやイネなど、系統的に離れた植物でも保存されていることが分かってきています。今後は、進化の過程で葉や側生器官を退化させた多様な植物を対象に、ALOG がどのように働いているのかを解析し、植物が器官を「つくる」だけでなく、「退化させる」ことによって新しい形態を生み出してきたしくみを明らかにしたいと考えています

植物の共生メカニズムの進化

植物が陸上に進出した初期の地球には、現在のような肥沃な土壌は存在していなかったと考えられています。そのため、初期の陸上植物にとって、菌類と共生し、栄養分を得ることは、生存と進化のうえで重要だった可能性があります。

現在の植物にも、菌類と共生することでリンなどの栄養を得るものが多く存在します。また、菌従属栄養植物のように、光合成能力を失い、菌類との関係に強く依存して生きる植物も存在します。こうした植物と菌類の関係は、植物の進化、栄養獲得、形態の多様化を考えるうえで重要な研究対象です。

わたしたちは、コケ植物や多様な非モデル植物を用いて、植物が菌類と共生するしくみを解析したいと考えています。これらの知見を種子植物の共生システムと比較することで、植物がどのように菌類との関係を進化させ、陸上環境に適応してきたのかを明らかにすることを目指します。