主要な研究課題

(1)　収量向上を目指した分子生理学的研究

　作物の収量ポテンシャルは、主として炭水化物供給者としての葉身（ソース）における光合成と、炭水化物を蓄積する収穫部分（シンク）のデンプン合成及び両者間の糖の転流のバランスによって決まる。品種改良による収量の向上はシンク能及びソース能の増加によってもたらされてきたが、近年の多収性品種であっても必ずしも全体のバランスは保たれておらず、不十分な部分の機能を改善することによって、さらに多収を目指すことは可能と考えられる。当研究室ではこのような立場から、イネを主な材料として、登熟過程、糖の転流及び光合成に関する研究を生理・生化学的及び分子生物学的レベルで行っている。

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(2)　窒素利用効率の分子機構の解明

　これまでの食糧に関する生産性の向上は、窒素施肥の増加と相まって達成されてきた。しかし、投入された窒素の多くは環境中に流出し、地下水の汚染、N2O等の温暖化ガスの発生等の悪影響をもたらしている。このため、今後は低窒素投入による環境保全型農業が望まれている。また、開発途上国においては、コスト面からも低窒素で高い収量をもたらす作物の開発が求められている。作物が低窒素条件で高い生産性を示すためには、植物自身の窒素吸収能力や吸収窒素当たりの炭水化物生産能力、いわゆる窒素利用効率を高めることが必要である。作物の収量を向上させるために多くの優れた品種や栽培技術が開発されてきたが、低窒素条件での高生産を考えた育種はほとんどなされていない。また、窒素施肥が作物の生育・収量や光合成などの生理反応に及ぼす影響についても多くの知見があるが、窒素代謝と炭素代謝を関連させて代謝物や酵素活性等を網羅的に解析した報告はない。そこで当研究室では、遺伝子組み換え技術による作物の窒素利用効率の向上を目指し、グルタミン酸脱水素酵素（GDH）遺伝子、転写制御因子Dof1、カルシウム依存性タンパク質リン酸化酵素CPKdを導入したバレイショまたはイネについて、窒素代謝及び炭素代謝に関わるアミノ酸、有機酸、糖等の中間代謝産物量、関連酵素活性、光合成・転流機能、収量性などを異なる窒素条件で網羅的に解析・比較することによって、低窒素条件での効率的窒素利用の遺伝子ネットワークおよび代謝ネットワークを解明し、高窒素利用効率作物素材開発のための改変ターゲットを明らかにしようとしている。

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(3)　有機栽培と慣行農法におけるイネの生産性および品質の差異

　わが国では、消費者の農産物に対する需要の多様化が進み、安全、良質、環境負荷低減等へのニーズが高まっている。これらの背景から、有機農業推進法が2006年12月に成立し、有機農法を基本とした技術開発の促進が進められている。　有機農産物は安全・安心、かつ、美味しいとの評判が高く、高価格で取引されているが、 2009年7月、英国食品基準庁（FSA)が過去50年間に発表された関連論文を解析して「普通の農法による食品と比較して、有機（オーガニック）栽培による食品の栄養学的優位性は認められず、健康影響についても特に良い影響があるとは言えない」という報告を行った。
　当研究室では、有機質肥料と化学肥料をそれぞれ用いた水田でイネを栽培し、収量・収量構成要素・シンク機能・ソース機能・窒素利用効率・代謝物・食味等を調査・比較し、有機栽培の特徴を科学的に明らかにする研究を行っている。また、民間事例を同様に解析している。これまで有機質肥料、化学肥料それぞれについて、即効性と緩効性の肥料を組み合わせて施用することで、ほぼ同様の窒素吸収量を確保する栽培法を確立し、そこで育てたイネの解析を進めている。

(4)　植物におけるメタボローム解析と手法確立

　メタボローム解析は近年、ゲノム、プロテオームに続き、生命現象を理解する手法として広く研究されつつある。当研究室では特に極性低分子（アミノ酸、カルボン酸）の網羅的な解析に利用されてきているキャピラリー電気泳動-質量分析計を用いて、解析手法を確立しつつ、イネ、バレイショなどの植物試料でのメタボローム解析による機能解析を行っている。

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