研究者情報

中野 亮平

教授

NAKANO Ryohei Thomas

微生物との相互作用が支える、植物の「椽(えん)の下の力持ち」

生物科学部門 形態機能学分野

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研究テーマ

微生物叢(マイクロバイオータ)が植物の生育や免疫に与える影響とその分子メカニズムを、分子生物学的に、時空間的な分解能をもって理解したい。

研究分野植物微生物相互作用, 分子遺伝学, 細胞生物学, 生化学, 分子生態学
キーワードマイクロバイオータ, 植物免疫, 根の発生制御, 成長と防御のトレードオフ, 環境応答, マルチオミクス, バイオインフォマティクス

研究紹介

自然環境で生きる植物は、大量の微生物に晒されています。私たちの腸内や皮膚が微生物で覆われているように、植物の根や葉にも様々な微生物が定着していて、「植物マイクロバイオータ」という微生物コミュニティ(微生物叢)を形成しています。私たちは、これらの《常在微生物》が《植物の生長や防御》に与える影響に着目して研究を進めています。

植物の根は、水や栄養を吸収して葉や花が育つのを地下から《椽の下の力持ち》として支えるために、極めて多様な微生物が暮らす土壌の中へ深く広く伸びていかねばなりません。これらの微生物の中には、植物の生長を助ける有用菌もいれば、一歩間違えれば甚大な病害を引き起こす病原菌もいます。こういった微生物と「正しく」やりとりするために、植物には《植物免疫》というシステムが備わっています。植物はこの免疫機構を駆使して、病原菌による感染から身を守っています。

ところが、免疫があまり活性化しすぎると、それによって生長が悪くなってしまうことも知られています。免疫が暴走することで発症するアレルギーや花粉症と似ています。常に微生物に晒された土壌のような環境で、植物がどのように成長と防御のバランスを取っているのか長年の謎だったのですが、私たちは最近、植物マイクロバイオータを構成する常在微生物がこのバランス調整に大きな役割を担っていることを明らかにしました。

このような機能を持った多様な常在微生物で構成される植物マイクロバイオータの存在化で、植物はどうやって生長と防御を協調的に制御しているのか。その謎を解き明かすことで、野外環境における植物の真の生き様を、分子生物学的な言葉を使って理解することができると信じています。その先には、《土壌微生物との相互作用を介した陸上植物の進化》の理解、あるいはその知見を生かした《化学肥料に頼らない持続可能な農業技術》の開発など、様々な展開が考えられます。私たちの研究室も、植物マイクロバイオータと同じように、様々な興味やビジョン、キャリアパスを描くメンバーから成る複雑な「コミュニティ」を構築して、そんな多様なコミュニティだからこそ生まれる相乗効果を大切にしながら、面白いサイエンスに取り組んでいきたいと思います。そんなコミュニティを一緒に創ってみたいと思ってくれる仲間をいつでも募集しています!まずは研究室を覗きに来てください!

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(左)私たちが主に取り扱っている「シロイヌナズナ」という植物が、実際に野外で自生している写真です(ドイツ時代の中野の自宅前で撮影)。(中央)その土を掘り返して培養培地にまいてみると、たくさんの細菌や真菌が生えてきます。(右)このような土で育った根を、特別な蛍光色素で染色してみると、多くの微生物が検出されます。これらの微生物のコミュニティとしての相対を、「植物マイクロバイオータ」と呼びます。
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(左)免疫を過剰に活性化すると植物の生育は悪くなります。一部の植物常在細菌はこの反応を抑制することができます。(右)根端での細胞分裂・分化の制御への干渉が、このような活性の鍵になると考えています。

代表的な研究業績

Tobacco root endophytic Arthrobacter harbors genomic features enabling the catabolism of host-specific plant specialized metabolites.
Tomohisa Shimasaki, Sachiko Masuda, Ruben Garrido-Oter, Takashi Kawasaki, Yuichi Aoki, Arisa Shibata, Wataru Suda, Ken Shirasu, Kazufumi Yazaki, Ryohei Thomas Nakano#, Akifumi Sugiyama#.
mBio 12:e00846-21 (2021). #Co-corresponding authorship.
A Golgi-released subpopulation of the trans-Golgi network mediates constitutive and pathogen-inducible protein secretion in Arabidopsis.
Tomohiro Uemura*, Ryohei Thomas Nakano*, Junpei Takagi, Yiming Wang, Katharina Kramer, Iris Finkemeier, Hirofumi Nakagami, Kenichi Tsuda, Takashi Ueda, Paul Schulze-Lefert, and Akihiko Nakano.
Plant Physiol. 179 (2) 519-532 (2019). *Co-first authorship.
Modular Traits of the Rhizobiales Root Microbiota and Their Evolutionary Relationship with Symbiotic Rhizobia.
Ruben Garrido-Oter*, Ryohei Thomas Nakano*, Nina Dombrowski*, Ka-Wai Ma, The AgBiome Team, Alice C. McHardy, and Paul Schulze-Lefert.
Cell Host & Microbe 24(1), 155–167 (2018). *Co-first authorship.
PYK10 Myrosinase Reveals a Functional Coordination between ER Bodies and Glucosinolates in Arabidopsis thaliana.
Ryohei Thomas Nakano, Mariola Piślewska-Bednarek, Kenji Yamada, Patrick P. Edger, Mado Miyahara, Maki Kondo, Christoph Böttcher, Masashi Mori, Mikio Nishimura, Paul Schulze-Lefert, Ikuko Hara-Nishimura, and Pawel Bednarek.
Plant J. 89: 204-220 (2017)
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関連産業分野

農学, 農芸化学, 園芸科学
学位博士(理学)
自己紹介

アメリカ生まれ東京育ち、その後京都で10年、ドイツ・ケルンで10年を過ごし、2023年に札幌へ引っ越してきました。微生物の存在下での植物の真の生き様を細胞レベル、分子レベルで理解したいです。双子を含む4人の子どもがいてなかなか時間を使えませんが、趣味は音楽鑑賞(パンクやクラシック)、楽器演奏(ギター・ベース・ピアノ・トロンボーン・ユーフォニウム)、サッカー観戦(もっぱらFCケルン)などです。

学歴・職歴2007年 京都大学理学部 卒業
2009年 京都大学大学院理学研究科生物科学専攻 修士課程修了
2009年 日本学術振興会 特別研究員(DC1)
2012年 京都大学大学院理学研究科生物科学専攻 博士後期課程修了
2012年 京都大学大学院理学研究科生物科学専攻 特定研究員(科学研究)
2013年 マックスプランク植物育種学研究所 博士研究員
2013年 日本学術振興会 海外特別研究員
2019年 マックスプランク植物育種学研究所 独立研究員
2023年- 現職
所属学会日本植物生理学会, 日本植物学会, 日本植物病理学会, International Society for Molecular Plant-Microbe Interactions
居室理学部5号館 5-706号室