現在進行中の研究プロジェクト

• 1.　プラニマル細胞プロジェクト －合成生物学的手法を用いたプラニマル細胞の創製－
• 2.　植物の核内動態プロジェクト －植物細胞核内の調和機構を探る－
• 3.　植物再生能プロジェクト
• 4.　植物イメージングプロジェクト
• 5.　光共生進化プロジェクト

1.　プラニマル細胞プロジェクト －合成生物学的手法を用いたプラニマル細胞の創製－

藻類は地球上の40％の光合成を担う生物です。この藻類が取り込まれた二次共生生物は、動物、菌類、植物の様々な系統で生じています。この二次共生現象を合成生物学的手法で再現し、光合成を行うことができる動物細胞「プラニマル細胞」を創製します。松永研究室ではイタリアの火山の火口から採取された原始紅藻シゾンの研究を続けています。このシゾン研究の成果を最大限に生かし、藻類を取り込んだ動物細胞の作成に挑戦しています。
このプラニマル細胞は、地球上の生態系における物質循環やエネルギー消費に革命を起こし、生命体の宇宙空間･長距離移動にも応用できると期待されています。

参考文献

• Matsunaga, S.* (2018) Planimal cells: Artificial photosynthetic animal cells inspired by endosymbiosis and photosynthetic animals. Cytologia, 83, 3-6. [J-STAGE]
• Kuroiwa T. et al. (2018) "Cyanidioschyzon merolae: A New Model Eukaryote for Cell and Organelle Biology", Springer

2.　植物の核内動態プロジェクト －植物細胞核内の調和機構を探る－

植物の細胞核内で行われる遺伝子の複製、転写、修復は調和が取れて初めて、植物の発生･分化･応答が行われます。この調和機構をクロマチンダイナミクスに注目して、四次元的に解析をしています。

(1) オペレーター･リプレッサー配列を活用した相同染色体部位の可視化

大腸菌のオペレーター･リプレッサー配列を利用して、植物の相同染色体の核内配置を四次元的に解析した結果、一定の距離を保つことを発見しました。また、その距離を制御し、DNA損傷応答にも関係するクロマチン･リモデリング因子RAD54も同定しました。

参考文献

• Hirakawa, T., Hasegawa, J., White, C. I., and Matsunaga, S.* (2017) RAD54 forms DNA repair foci in response to DNA damage in living plant cells. Plant J., 90, 372-382. [Link]
• Hirakawa, T. and Matsunaga, S.* (2016) Chromatin tagging systems contribute to live imaging analyses for chromatin dynamics. Cytologia, 81, 121-123. [J-STAGE]
• Hirakawa, T., Katagiri, Y., Ando, T., and Matsunaga, S.* (2015) DNA double-strand breaks alter the spatial arrangement of homologous loci in plant cells. Sci. Rep., 5, 11058 (8 pages). [Link]

(2) ゲノム編集技術を応用したクロマチン特異的可視化法の開発

ゲノム編集技術の利用されているDNA結合性タンパク質TALEに蛍光タンパク質を連結して、反復配列の動態を解析することに成功しました。植物の発生段階によって、クロマチンは異なる核内挙動をすることを明らかにしました。

参考文献

• Fujimoto S. and Matsunaga S.* (2017) Visualization of chromatin loci with transiently expressed CRISPR/Cas9 in plants. Cytologia, 82, 559-562. [J-STAGE]
• Fujimoto, S., Sugano, S. S., Kuwata, K., Osakabe, K., and Matsunaga, S.* (2016) Visualization of specific repetitive genomic sequences with fluorescent TALEs in Arabidopsis thaliana. J. Exp. Bot., 67, 6101-6110. [Link]
• Fujimoto, S. and Matsunaga, S.* (2016) Chromatin live imaging with genome editing techniques: switching from scissors to a lamp. Cytologia, 81, 359-362. [J-STAGE]

(3) Hi-C技術を用いたクロマチン構造解析

核内においてクロマチンの接触頻度を解析できるHi-C技術を用いて、核内のクロマチン構造をゲノムベースで明らかにしています。イメージング解析と統合解析を進めることで、植物の核内動態の新しい一面が次々と明らかになっています。

参考文献

• Hoshino, A., Matsunaga, T. M., Sakamoto, T., and Matsunaga, S.* (2017) Hi-C revolution: from a snapshot of DNA-DNA interaction in a single cell to chromosome-scale de novo genome assembly. Cytologia, 82, 223-226. [J-STAGE]

3.　植物再生能プロジェクト

植物はさし木や接ぎ木が容易にできるように、高い再生能力を保持しています。この再生能力の秘密をエピジェネティクス制御から解き明かします。また、分化器官から直接（受精することなく）、胚（種子の中身）を分化させる体細胞胚発生の研究も進めています。将来的には種子がなくても、植物を栽培育成できるようになると期待されています。

参考文献

• Ishihara, H.^#, Sugimoto, K.*^#, Tarr, P. T, Temman, H., Kadokura, S., Inui, Y., Sakamoto, T., Sasaki, T., Aida, M., Suzuki, T., Inagaki, S., Morohashi, K., Seki, M., Kakutani, T., Meyerowitz, E. M., and Matsunaga, S.* (2019) Primed histone demethylation regulates shoot regenerative competency. Nature Commun., 10, 1786 (15 pages). ^#These authors equally contributed to this work. [Link]
• Sugimoto, K., Temman, H.^#, Kadokura, S.^#, and Matsunaga, S.* (2019) To regenerate or not to regenerate: factors that drive plant regeneration. Curr. Opin. Plant Biol., 47, 138-150. ^#These authors equally contributed to this work. [Link]
• Kadokura, S.^#, Sugimoto, K.*^#, Tarr, P., Suzuki, T., and Matsunaga, S.* (2018) Characterization of somatic embryogenesis initiated from the Arabidopsis shoot apex. Dev. Biol., 442, 13-27. ^#These authors equally contributed to this work. [Link]

4.　植物イメージングプロジェクト

植物をイメージングする新規技術の開発を進めています。当研究室が開発した植物を数時間で透明にできるTOMEIは、東京化成工業から日本、欧米など全世界で販売され、好評を博しています。
http://www.tcichemicals.com/eshop/ja/jp/commodity/T3530/ (日本語)
http://www.tcichemicals.com/eshop/en/jp/commodity/T3530/ (English)

参考文献

• Sakamoto, Y. and Matsunaga, S.* (2017) Deep imaging of plant roots by a rapid transparency technique TOMEI. Cytologia, 82, 221-222. [J-STAGE]
• Katagiri, Y., Hasegawa, J., Fujikura, U., Hoshino, R., Matsunaga, S.*, and Tsukaya, H.* (2016) The coordination of ploidy and cell size differs between cell layers in leaves. Development, 143, 1120-1125. [Link]
• Hasegawa, J., Sakamoto, Y., Nakagami, S., Aida, M., Sawa, S., and Matsunaga, S.* (2016) Three-dimensional imaging of plant organs using a simple and rapid transparency technique. Plant Cell Physiol., 57, 462-472. [Link]