MSU-DOE 植物研究研究所

MSU -DOE 植物研究研究所 (PRL) は、一般的に植物研究研究所と呼ばれ、米国エネルギー省科学局から多額の資金提供を受けている研究機関で、ミシガン州イーストランシング のミシガン州立大学 (MSU)にあります。植物研究研究所は 1965 年に設立され、現在は 12 の研究所で構成され、植物、細菌、藻類など、多様な光合成生物の生物学 に関する共同基礎研究のほか、エネルギーと食糧の課題に対処するための新技術の開発を行っています。

MSU-DOE植物研究研究所設立の契約は、1964年3月6日に米国原子力委員会（AEC）とミシガン州立大学の間で締結された。^{[1] : 6}この研究所は当初、米国の植物科学の現状を改善する必要性を感じていたAECの生物学および医学部門によって資金提供された。部門は、植物研究への学生の関心を育むことができる新しいプログラムを1つ以上の大学で創設することを目指していた。^{[2] : 37}

AEC とミシガン州立大学の間で締結された契約では、大学院レベルおよび後期課程レベルでの植物生物学および関連する教育とトレーニングに関する包括的な研究プログラムが規定されました。このプログラムは、生化学、生物物理学、遺伝学、微生物学などの関連分野を大いに活用することになりました。

1966 年、当時 MSU-AEC 植物研究研究所と呼ばれていた新しいプログラムの職員は、ミシガン州立大学の植物生物学研究所ビル内の新しい施設に移転しました。最初の研究プロジェクトは、細胞の成長と植物ホルモンによるその調節、細胞壁の構造と組成、花形成の生理学など、植物に特有の問題に一般的に焦点を合わせました。他の研究プロジェクトは、発育中の酵素形成の調節やホルモン作用の細胞的および遺伝的側面など、一般的な生物学的問題を扱っていました。

1970年代、植物研究所への連邦政府の資金提供は何度も変更された。AECは1974年のエネルギー再編法に従って廃止され、その機能は2つの新しい機関に割り当てられました。1975年、植物研究所は新設されたエネルギー研究開発局の支援を受けることになり、同局は1978年に米国エネルギー省（DOE）に統合されました。 ^{[3] [4]}研究所の名前は連邦レベルの変更に合わせて変更され、最終的に現在の名称であるMSU-DOE植物研究所に落ち着きました。

DOEは、研究の焦点を現代の植物分子生物学に移し、特に再生可能な資源としての植物の成長に関する基本的な植物プロセスを研究するように研究所の任務を拡大しました。その期間中、植物研究研究所の科学者は、モデル植物であるシロイヌナズナの使用を植物生物学に導入した先駆者の一人でした。^{[5] [6]}

1990年代から、植物研究室は、困難でリスクの高い研究プロジェクトに取り組むために、植物研究室の教員とミシガン州立大学の他の学部の科学者の才能を組み合わせたグループプロジェクトの文化を開始しました。プロジェクトには、細胞壁成分の生合成、^[7]窒素固定放線 菌 フランキアの遺伝子システムの確立、^[8]花の誘導の分子基盤の研究、^[9]膜結合転写因子の研究、^[10]などが 含まれていました。

2006年、植物研究室の研究ミッションは、米国エネルギー省基礎エネルギー科学局（DOE-BES）の新しい優先事項に合わせて方向転換されました。DOEプログラムは再編され、目標は植物と微生物の両方におけるエネルギーと炭素の捕獲、変換、およびエネルギーに富む分子の沈着という基本的な側面に焦点が当てられるようになりました。^[11]

この研究方向の変更により、グループ研究プロジェクトの再構成と新しい教員の雇用が行われました。2013 年には、1990 年代に初めて採用されたグループ プロジェクト モデルが、DOE-BES が資金提供するすべての研究の基本研究モデル (「研究テーマに取り組む研究チーム」) になりました。光合成生物の基礎科学を理解するために、3 つの主要な研究プロジェクトが開始されました (セクションに移動)。これには、細胞内 (光活性化合物、酵素、タンパク質複合体、細菌の微小区画、チラコイド膜など) から、細胞とその環境における生物における光合成の全体的な統合まで、生物組織の複数のスケールにわたる光合成 プロセスの調査が含まれます。もう1 つの目的は、「実際の生活」における光合成、つまり自然環境の変化や環境の課題への対応によって光合成がどのように制御されるかを理解することです。これらの研究分野を統合する長期目標は、光合成効率を改善し、新しい産業技術アプリケーションを開発することです。

2020年現在、植物研究ラボの卒業生は世界中に900人を超え、その多くが学術界、産業界、政府で重要な役職に就いています。設立以来、植物研究ラボの科学者18名が米国の科学者にとって名誉ある米国科学アカデミーの会員に選出され、21名がアメリカ科学振興協会フェローに選出され、23名がアメリカ植物生物学会フェローに選出されています。

MSU-DOE 植物研究ラボで実施されている研究は、DOE が資金提供している共同プロジェクトによって推進されています。このプロジェクトには、植物研究ラボの 12 の研究室すべてが関与しており、各研究室の多様な専門分野を活用して、個々の研究室では研究するには大きすぎる重要な問題に取り組んでいます。この研究では、再生可能エネルギー、食品の持続可能性、医療および産業技術に影響を与える、今日の最も困難な科学的疑問のいくつかに取り組んでいます。

• 研究分野の 1 つは、光合成が変化する環境条件にどのように適応するかを研究し、動的環境における光合成の堅牢性を高める遺伝子と経路の機能に焦点を当てています。この研究では、さまざまな現実的な条件下で植物と光合成細菌をテストし、光合成活動速度を調整する未発見のプロセスを特定する新しい科学機器を開発し、自動化されたビッグデータ処理ストリームとバイオインフォマティクス パイプラインを作成することで、この問題に取り組んでいます。
• 2 番目の研究分野は、光合成生物が成長と他の代謝プロセス (非生物的ストレスや生物的ストレスからの保護など) の間のエネルギーと炭素の配分を感知して制御する方法を扱っています。このプロジェクトのビジョンは、これらの光合成プロセスと代謝プロセスを広範囲の空間的および時間的スケールで総合的に理解し、これらのプロセスがどのように相互作用するかを説明するモデルを開発することです。
• 3 番目の研究分野は、シアノバクテリアの細胞内微小区画の構築に使用されるタンパク質の構造的および機能的研究であり、長期的な目標は、これらの天然区画を再利用して光合成の改善、新しい再生可能エネルギー源、医療や産業用途の新しい化合物や分子構造を開発することです。

DOE が資金提供する共同プロジェクトに加えて、個々の研究室では、藻類 バイオ燃料、^[12]生物的および非生物的脅威に対する植物の耐性、 ^{[13] [14] [15]} 分泌膜のダイナミクス、^{[16]エネルギー器官}（ミトコンドリア、ペルオキシソーム、葉緑体）のダイナミクス、 ^{[17] [18] [19] [20]}光形態形成の分子遺伝学および生化学的分析など、さまざまな分野で分子研究を行っています。^[21] 植物研究室では、新しい研究課題に取り組むのに役立つ革新的な技術と方法も開発しています。現在の例は次のとおりです。

• 合成生物学ツールボックスは、細菌の微小区画を研究・改変するためのもの^{[22] [23] [24] [25]}、合成微生物コンソーシアムを開発するためのもの^{[26] [27]}、または細菌^[28] 、藻類^[29]、植物^[30]をバイオ燃料やその他の貴重な医療用または工業用化合物の生産システムとして設計するためのもの。
• 動的環境光合成イメージング^[31]は、光強度や気象パターンなど、野外で見られるさまざまな環境条件を捉え、実験室環境で再現する成長チャンバーです。チャンバーには、個々の葉のレベルに至るまで、光合成活動のヒートマップをリアルタイムで作成するカメラが装備されています。
• PhotosynQ ^{[32] [33]}は、ハンドヘルドデバイスとクラウドベースのストレージおよび分析機能を組み合わせたプラットフォームであり、ユーザーは現場で植物の健康状態を基本的なレベルで測定し、世界中のどこからでもデータを収集することができます。
• 環境光バイオリアクター^[34]は、科学者が屋外の池と同じ条件下で藻類を研究することを可能にしますが、実験室というより制御された環境で研究することができます。

ミシガン州立大学は、米国エネルギー省との契約に基づき、MSU-DOE 植物研究研究所を運営しています。研究所長は、ミシガン州立大学自然科学部と米国エネルギー省科学局基礎エネルギー科学プログラムの両方に報告しています。

植物研究室はミシガン州立大学イーストランシングキャンパスにあり、植物生物学研究室と分子植物科学棟の両方にグループがあります。この研究所は 12 の研究室で構成され、それぞれ終身在職権を持つ教員が率いており、約 150 人の職員がいます。終身在職権を持つ 12 人の教員は、ミシガン州立大学の学術部門やプログラムにも所属しています。

植物研究室は単なる研究機関であり、学生に学位を授与することはありません。したがって、植物研究室の大学院生は、研究所と少なくとも 1 つの関連学術部門またはプログラムの両方に任命され、後者は博士号を授与します。ポスドク研究員は、医療や資金提供などのミシガン州立大学の特権を持って植物研究室に任命されます。

• アントン・ラング（1965-1978）
• ハンス・ケンデ（1978-1980）
• チャールズ・アーンツェン（1980-1984）
• ハンス・ケンデ（1984-1988）
• ピーター・ウォルク（1988-1992）
• ケネス・キーグストラ（1993-2006）
• マイケル・トーマス（2006-2015）
• クリストフ・ベニング (2015年～現在)

• 公式ウェブサイト