細胞極性によるシロイヌナズナの雌性配偶体構成細胞の運命決定機構の解明

• Project/Area Number: 16J10254
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Morphology/Structure
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 四方 明格 名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 招へい教員
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2016: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 雌性配偶体 / 細胞運命決定 / 細胞極性 / 極性成長 / リン脂質 / 発生

Outline of Annual Research Achievements

被子植物の雌性配偶体は卵細胞、助細胞、中央細胞、反足細胞の４種の異なる機能をもつ細胞種から構成される。これらの細胞は、1つの半数体細胞から核分裂を三度経た後に細胞化し形成される。この4種のうちどの細胞になるのかは、細胞化前（多核時）に各々の核が雌性配偶体内のどこに存在するかという細胞内の位置情報、即ち細胞極性に基づくと考えられている。本研究は、雌性配偶体構成細胞の運命決定を制御するこの細胞極性シグナルの実体を明らかにすることを目的とした。前年度までに明らかにしたことは以下である。（１）細胞極性の一般的特徴として知られる細胞膜リン脂質の偏りに着目し、複数のリン脂質の生合成・代謝阻害剤を用いて雌性配偶体発生に及ぼす影響を調べた。その結果、２種類のリン脂質が雌性配偶体の発生に関与することが示唆された。（２）細胞内におけるリン脂質の蓄積を可視化するバイオセンサーを用いて雌性配偶体の生細胞観察を行った結果、細胞化以前のごく初期から１種のリン脂質だけが雌性配偶体の細胞膜上に不均等に分布し、その分布は雌性配偶体の成長に伴い変化する事を明らかにした。本年度は、雌性配偶体の発生段階とリン脂質の分布変化との関係を明らかにするため、前述のバイオセンサー系統に細胞核マーカーを導入し、その生細胞観察を行った。細胞の成長は２核期から開始され、一方の核が珠孔側へ移動するのに伴い珠孔側にリン脂質が蓄積した。細胞成長中は核分裂を経ても、珠孔側へのリン脂質の蓄積と核の局在は維持された。珠孔側で形成される助細胞或いは卵細胞の運命決定にこのリン脂質が関与する事が強く示唆され、今後遺伝学解析を含む詳細な解析が必要である。また、花粉管や根毛などの極性成長細胞においても成長部の細胞膜への特定リン脂質の蓄積が見られる。このことから、雌性配偶体も拡散成長ではなく極性成長に類する成長様式を示す植物細胞の新規な例と考えている。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ミュンヘン工科大学(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] ミュンヘン工科大学/レーゲンス大学(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] Technical University of Munich/University of Regensburg(Germany)
• [Int'l Joint Research]
• [Int'l Joint Research]
• [Journal Article] Mass-spectrometry-based draft of the Arabidopsis proteome. (2020)
  • Author(s): Mergner, J., Frejno, M., List, M., Papacek, M., Chen, X., Chaudhary, A., Samaras, P., Richter, S., Shikata, H., et al.
  • Journal Title: Nature Volume: 579 Issue: 7799 Pages: 409-414
  • DOI: 10.1038/s41586-020-2094-2
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Phospholipid composition and a polybasic motif determine D6 PROTEIN KINASE polar association with the plasma membrane and tropic responses (2016)
  • Author(s): Ines C. R. Barbosa, Hiromasa Shikata, Melina Zourelidou, Mareike Heilmann, Ingo Heilmann and Claus Schwechheimer
  • Journal Title: Development Volume: 143 Issue: 24 Pages: 4687-4700
  • DOI: 10.1242/dev.137117
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Distribution of two phospholipids specifies a dynamic plasma membrane domain for re-orientation of root hair tip growth. (2020)
  • Author(s): Shikata, H., Yanagisawa, N., Sato, Y., Higashiyama, H., Schwechheimer, C.
  • Organizer: 第61回日本植物生理学会年会
  • Invited
• [Presentation] 根毛の伸長方向制御機構の解析：障害物との接触における根毛の成長ダイナミクス (2018)
  • Author(s): 四方明格、柳沢直樹、佐藤良勝、東山哲也、Claus Schwechheimer
  • Organizer: 日本植物学会第82回大会
  • Invited
• [Presentation] 染色や薬剤処理に適した簡便なシロイヌナズナ根および根毛のライブイメージング系の構築 (2018)
  • Author(s): 四方明格、佐藤良勝、Claus Schwechheimer
  • Organizer: 日本植物学会第82回大会
• [Presentation] Anaphase Promoting Complex/Cyclosome subunit 5 is essential for female gametogenesis in Arabidopsis (2018)
  • Author(s): Hiromasa Shikata, Susumu Nihei, Takeshi Nakamura, Takeshi Yoshizumi, Tomonao Matsushita, Tetsuya Higashiyama, Hidetaka Kaya, Kazuyuki Kuchitsu
  • Organizer: International Conference on Sexual Plant Reproduction 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Regulation of root hair growth by polarly localized kinases in Arabidopsis (2018)
  • Author(s): 四方 明格, 柳沢 直樹, 佐藤 良勝, 東山 哲也, Claus Schwechheimer
  • Organizer: 第59回日本植物生理学会年会
• [Presentation] Anaphase Promoting Complex/Cyclosome subunit 5 is essential for female gametogenesis in Arabidopsis thaliana (2018)
  • Author(s): Hiromasa Shikata, Susumu Nihei, Takeshi Nakamura, Takeshi Yoshizumi, Tomonao Matsushita, Tetsuya Higashiyama, Hidetaka Kaya, Kazuyuki Kuchitsu
  • Organizer: 25th International Conference on Sexual Plant Reproduction
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] AGCキナーゼによる 根毛細胞の極性成長制御機構の解析 (2017)
  • Author(s): 四方 明格, Frank Vogler, Stefanie Sprunck, Claus Schwechheimer
  • Organizer: 日本植物学会第81回大会
• [Presentation] AGC VIIIa kinases modulate polarized growth of root hair in Arabidopsis thaliana (2016)
  • Author(s): Hiromasa Shikata, Frank Vogler, Stefanie Sprunck and Claus Schwechheimer
  • Organizer: European Network for Plant Endomembrane Research (ENPER) Meeting 2016
  • Place of Presentation: Bordeaux, France
  • Year and Date: 2016-08-30
  • Int'l Joint Research