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根毛細胞をモデルとした植物の核移動現象における局所的な液胞再編に関する研究

Research Project

Project/Area Number 22K06293
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 44040:Morphology and anatomical structure-related
Research InstitutionKanazawa University

Principal Investigator

高塚 大知  金沢大学, 生命理工学系, 助教 (70633452)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Keywords根毛 / 液胞 / アクチン / 細胞骨格 / 核移動 / 細胞成長
Outline of Research at the Start

細胞内の適切な場所へ「核」が移動することは、細胞機能の獲得・遂行に必須である。その一方で、核の不必要な動きを抑制することも重要である。植物の場合、核があらぬ方向に動くのを防ぐ役割を持つ要素の一つに、巨大オルガネラ「液胞」がある。しかし、巨大な液胞は核移動が起こる細胞にも存在するため、逆に「核が移動する際には、液胞がその妨げになるのでは?」という疑問が生じる。本研究では、細胞が巨大液胞で占められているにも関わらず、ダイナミックな核移動が起こる根毛細胞をモデルとし、植物にとって普遍的な問題となりうる「物理的障壁としての液胞」の動態を制御する仕組みの解明に取り組む。

Outline of Annual Research Achievements

今年度は、根毛細胞の核移動現象におけるアクチンの役割の詳細な評価を行った。その結果、今まで単一の動きであると考えられてきた核の動きが、実は2つの異なる方向性をもった二段階性の動きであるという予期せぬ結果が得られた。また、二段階の核移動の駆動力が、どちらもアクチンであることを明らかにした。しかしながら、興味深いことに、一段階目と二段階目の動きを駆動するアクチンは、異なる物性を持つことが示唆されたことから、核移動の方向性ごとに、異なるアクチンネットワークを使い分ける仕組みを植物細胞は持つことが示唆された。
核移動時に起こる液胞構造の再編の実体を明らかにすべく、透過型電子顕微鏡による詳細な観察を行った。その結果、核移動開始時には、核周辺の液胞構造の矮化や、核と移動先をつなぐ領域での間隙形成といった、ダイナミックな構造再編が起こることを明らかにした。また、この液胞構造再編もまた、アクチン依存的な現象であることを突き止めた。
また、核移動現象における液胞再編の必要性を検証し、液胞の再編が迅速な核移動に必要であることを明らかにした。また、核の形態が異常になる変異体と液胞再編に異常を示す変異体を組み合わせた二重変異体では、細胞の隅に核が引っかかって停滞してしまうことを見出した。これは、液胞構造と核形態という2つの物理的要因が、核の確実な移動に必要であることが明らかになった。
これらは、いずれも今までにない未踏の概念の確立の可能性を秘めた、重要な発見であると考えている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

ほぼ当初の計画通りに研究が進展しているのみならず、核移動現象の多段階性や、核移動における核と液胞の物理的動態の重要性など、予期しなかった成果も得られており、おおむね順調に進展していると判断して差し支えないと考えている。

Strategy for Future Research Activity

今後、①二段階の核移動を担うアクチンネットワークを構築するメカニズム、②液胞構造再編を司るアクチンネットワークを構築するメカニズムの解明を目標とする。具体的には、Arp2/3複合体やミオシンなど、アクチンネットワーク形成に関与することが知られている因子群に着目した解析を行う。これら因子の機能欠損変異体において、二段階性の核移動・液胞構造再編にどのような影響が生じるかを評価する。また、遠く離れた移動先の場所の位置情報を核がどのように認識しているかを明らかにすべく、移動先に存在するタンパク質であるsmall GTPaseの役割の解明にも取り組みたいと考えている。
これらの解析を通じて、巨大液胞という物理的障壁を持つ植物細胞内で、オルガネラを始めとする構造体の動態を担保する基本原理の解明への先鞭をつけたい。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 3 results) Presentation (5 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Cytokinin signaling is involved in root hair elongation in response to phosphate starvation2024

    • Author(s)
      Takatsuka Hirotomo、Amari Toshiki、Umeda Masaaki
    • Journal Title

      Plant Signaling & Behavior

      Volume: 19 Issue: 1 Pages: 1-1

    • DOI

      10.1080/15592324.2024.2305030

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] MYB3R-mediated and cell cycle-dependent transcriptional regulation of a tobacco ortholog of <i>SCARECROW-LIKE28</i> in synchronized cultures of BY-2 cells2023

    • Author(s)
      Mineta K, Hirota J, Yamada K, Itoh T, Chen P, Iwakawa H, Takatsuka H, Nomoto Y, Ito M
    • Journal Title

      Plant Biotechnology

      Volume: 40 Issue: 4 Pages: 353-359

    • DOI

      10.5511/plantbiotechnology.23.0515a

    • ISSN
      1342-4580, 1347-6114
    • Year and Date
      2023-12-25
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Arabidopsis thaliana Subclass I ACTIN DEPOLYMERIZING FACTORs Regulate Nuclear Organization and?Gene Expression2023

    • Author(s)
      Matsumoto Tomoko、Higaki Takumi、Takatsuka Hirotomo、Kutsuna Natsumaro、Ogata Yoshiyuki、Hasezawa Seiichiro、Umeda Masaaki、Inada Noriko
    • Journal Title

      Plant And Cell Physiology

      Volume: 64 Issue: 10 Pages: 1231-1242

    • DOI

      10.1093/pcp/pcad092

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The canonical E2Fs together with RETINOBLASTOMA-RELATED are required to establish quiescence during plant development2023

    • Author(s)
      Gombos M, Raynaud C, Nomoto Y, Molnar E, Brik-Chaouche R, Takatsuka H, Zaki A, Bernula D, Latrasse D, Mineta K, Nagy F,He X, Iwakawa H, Oszi E, An J, Suzuki T, Papdi C, Bergis C, Benhamed M, Bogre L, Ito M, Magyar Z
    • Journal Title

      Communications Biology

      Volume: 6 Issue: 1 Pages: 903-903

    • DOI

      10.1038/s42003-023-05259-2

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] At the Nexus between Cytoskeleton and Vacuole: How Plant Cytoskeletons Govern the Dynamics of Large Vacuoles2023

    • Author(s)
      Takatsuka Hirotomo、Higaki Takumi、Ito Masaki
    • Journal Title

      International Journal of Molecular Sciences

      Volume: 24 Issue: 4 Pages: 4143-4143

    • DOI

      10.3390/ijms24044143

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Cytokinin signaling promotes root hair growth by directly regulating RSL4 expression2023

    • Author(s)
      Takatsuka Hirotomo、Sasaki Anna、Takahashi Naoki、Shibata Michitaro、Sugimoto Keiko、Tanaka Maho、Seki Motoaki、Umeda Masaaki
    • Journal Title

      Journal of Experimental Botany

      Volume: - Issue: 12 Pages: 3579-3594

    • DOI

      10.1093/jxb/erad091

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Members of SIAMESE-RELATED Class Inhibitor Proteins of Cyclin-Dependent Kinase Retard G2 Progression and Increase Cell Size in Arabidopsis thaliana2022

    • Author(s)
      Yamada Kesuke J.、Takatsuka Hirotomo、Hirota Junya、Mineta Keto、Nomoto Yuji、Ito Masaki
    • Journal Title

      Life

      Volume: 12 Issue: 9 Pages: 1356-1356

    • DOI

      10.3390/life12091356

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] MYB3R-SCL28-SMR module with a role in cell size control negatively regulates G2 progression in <i>Arabidopsis</i>2022

    • Author(s)
      Takatsuka Hirotomo、Nomoto Yuji、Yamada Kesuke、Mineta Keito、Breuer Christian、Ishida Takashi、Yamagami Ayumi、Sugimoto Keiko、Nakano Takeshi、Ito Masaki
    • Journal Title

      Plant Signaling &amp; Behavior

      Volume: e2153209 Issue: 1 Pages: 1-5

    • DOI

      10.1080/15592324.2022.2153209

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 植物細胞内の「超」混雑環境でオルガネラを動かす仕組み2024

    • Author(s)
      高塚大知、甘利俊樹
    • Organizer
      日本メカノバイオロジー学会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Molecular mechanisms that drive rapid growth in non-hair root epidermal cells2024

    • Author(s)
      Hirotomo Takatsuka, Noriko Nagata, and Masaaki Umeda
    • Organizer
      日本植物生理学会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 植物液胞を 『物理的障壁』として捉える2023

    • Author(s)
      高塚大知、甘利俊樹、伊藤正樹
    • Organizer
      日本植物学会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 植物液胞を 『細胞内巨大構造物』として捉える2023

    • Author(s)
      高塚大知
    • Organizer
      日本メカノバイオロジー学会第7回大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 根の表皮細胞の活発な細胞成長を駆動するメカニズムの解明2022

    • Author(s)
      高塚大知、柴田美智太郎、高橋直紀、関原明、杉本慶子、伊藤正樹、梅田正明
    • Organizer
      日本植物学会第86回大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report

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Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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