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Elucidation of the morphology of rice lodicules and the mechanism of spikelet opening and closing using X-ray micro-CT

Research Project

Project/Area Number 22K19175
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 39:Agricultural and environmental biology and related fields
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

Oi Takao  名古屋大学, 生命農学研究科, 助教 (60752219)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 上口 美弥子 (田中美弥子)  名古屋大学, 生物機能開発利用研究センター, 教授 (70377795)
山内 卓樹  名古屋大学, 生物機能開発利用研究センター, 准教授 (50726966)
Project Period (FY) 2022-06-30 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Keywordsイネ / 開花 / 3D形態解析 / コンピュータートモグラフィー / X線顕微鏡 / CTスキャン / デジタルマイクロスコープ / 閉花 / 植物ホルモン
Outline of Research at the Start

イネ穎花の開花を司る微小な花器官である鱗被の立体像を、非破壊・迅速・簡便な三次元解析が可能なX線マイクロCT(コンピュータ断層撮影)法を用いて解析し、籾の開閉という動的な現象を捉え、その作用機序を明らかにする。電子顕微鏡観察のノウハウを応用することでX線CT装置の持つ空間分解能を最大限に高めて細胞レベルの情報も取得しながら鱗被の全容を理解する。併せて、生鮮試料をX線装置内で生け花状に保持して穎花を経時スキャンし、鱗被による開閉の動的な作用について時間軸を加えた理解にも挑む。

Outline of Final Research Achievements

To elucidate the mechanism of the dynamic action of opening and closing of rice spikelets, we analyzed the three-dimensional(3D) images of minute lodicules using X-ray micro-CT (computed tomography), which allows non-destructive, rapid, and simple 3D analysis. First, the specimens were fixed, dehydrated, and dried in accordance with the method for preparations for electron microscopy, and then scanned at high resolution using X-ray CT for 3D analysis, allowing quantitative comparison of the tissue shape of the lodicules and the size and number of the cells that compose them before and after anthesis. We also performed live imaging, in which the panicles were placed in a flower arrangement and scanned in the X-ray CT over time, obtaining 3D data of the tissue shape of the spikelets in as little as one minute, and elucidating the changes in the morphology and spatial arrangement of the lodicules and glumes from opening to closing of spikelets.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

研究成果の概要に示したように、X線マイクロCTを活用し、未知であったイネ鱗被の形態変化を組織・細胞レベルで捉え、イネ穎花の開閉メカニズムの解明に一定の寄与ができた。また、開発してきた観察法は今後のイネ研究だけでなく、広く植物の研究に貢献できる汎用性のある技術体系となると期待される。

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (4 results)

All 2024 2023 2022

All Presentation (4 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Presentation] X線マイクロCTを用いたイネ小花の開閉を駆動する鱗被形態の経時解析.2024

    • Author(s)
      安藤詩織, 大井崇生
    • Organizer
      日本作物学会第257回講演会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] イネ組織形態学の再興―3D解析法の真価―.2023

    • Author(s)
      大井崇生
    • Organizer
      遺伝研研究集会「イネ分子遺伝学の再興」―発生学研究の真価―
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] X線マイクロCTを用いたイネの開花前後の鱗被の形態解析.2022

    • Author(s)
      安藤詩織, 河合恭甫, 上口(田中)美弥子, 大井崇生
    • Organizer
      日本植物形態学会第34回総会・大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 日本植物形態学会奨励賞受賞講演:植物の組織・細胞における内部微細構造の三次元解析.2022

    • Author(s)
      大井崇生
    • Organizer
      日本植物形態学会第34回総会・大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Invited

URL: 

Published: 2022-07-05   Modified: 2025-01-30  

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