植物胚発生における胚性再獲得と全能性消失機構の解明

• Project Area: Program of totipotency: From decoding to designing
• Project/Area Number: 20H05358
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 栗原 大輔 名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 特任講師 (90609439)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 2021: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2020: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
• Keywords: 植物 / 胚発生 / 全能性獲得 / 全能性消失 / オーキシン / 細胞運命 / 細胞間コミュニケーション

Outline of Research at the Start

本研究の目的は、我々が確立したin vitro胚発生系を利用し、植物受精胚の「全能性プログラム」制御に関わる因子を明らかにすることである。本研究では、[1]植物ホルモンであるオーキシンが全能性獲得に必要であるか、[2]全能性消失はいつ、どのように起こるのかという二点に着目して研究を行い、計画研究班の哺乳動物研究との連携により、生命の根幹をなす仕組みに潜む普遍的なメカニズムの発見に繋げていきたい。

Outline of Annual Research Achievements

今年度は、オーキシンは胚発生における全能性再獲得に寄与するか？、について、オーキシン変異体に加え、阻害剤を用いてさらに解析を進め、またレーザー照射実験による全能性再獲得解析も実施した。
オーキシン阻害剤として、オーキシン輸送阻害剤であるNPAを用いて、胚発生イメージングを行った。DR5マーカーでオーキシン応答を可視化したラインにNPAを投与したところ、半数で異所的発現を確認した。しかしながら、胚柄細胞の水平分裂が確認できたのは37例中1例のみであった。
続いて、オーキシンの蓄積が胚柄細胞が胚体様の分裂する要因である可能性を調べるために、2細胞期胚の片側の胚体細胞のみレーザーで破壊してイメージング解析を行った。レーザーを照射していない細胞は正常に分裂を繰り返しているため、オーキシンは胚柄細胞に蓄積していないと考えられるが、胚柄細胞の水平分裂が観察された。これらの結果、胚柄細胞が水平分裂、すなわち胚体様の分裂を行うのは、オーキシンが胚柄細胞に蓄積することが要因ではないことが示唆された。
また、初期胚にオーキシンは蓄積しているのか、DR5マーカーおよびR2D2マーカー (Liao et al., 2015)を観察したが、初期胚、とりわけ受精卵から1細胞期胚においてはマーカーのシグナルは検出されなかった。これらの結果より、オーキシンは初期胚発生のパターン形成には関わるが、受精卵の不等分裂や頂端細胞・基部細胞の細胞運命決定には直接関わらない可能性が示唆された。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Optical Clearing of Plant Tissues for Fluorescence Imaging (2022)
  • Author(s): Kurihara Daisuke, Mizuta Yoko, Nagahara Shiori, Sato Yoshikatsu, Higashiyama Tetsuya
  • Journal Title: Journal of Visualized Experiments Volume: 179 Issue: 179
  • DOI: 10.3791/63428
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Development of microfluidic chip for entrapping tobacco BY-2 cells (2022)
  • Author(s): Kazunori Shimizu, Yaichi Kawakatsu, Ken-ichi Kurotani, Masahiro Kikkawa, Ryo Tabata, Daisuke Kurihara, Hiroyuki Honda, Michitaka Notaguchi
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: - Issue: 4 Pages: e0266982-e0266982
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0266982
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Chemical screen of Arabidopsis zygote and proteomics in tobacco BY-2 cells identify general plant cell division inhibitors (2022)
  • Author(s): Kimata Yusuke, Yamada Moe, Murata Takashi, Kuwata Keiko, Sato Ayato, Suzuki Takamasa, Kurihara Daisuke, Hasebe Mitsuyasu, Higashiyama Tetsuya, Ueda Minako
  • Journal Title: bioRxiv Volume: -
  • DOI: 10.1101/2022.04.28.489799
  • Open Access
• [Journal Article] Dynamics of the cell fate specifications during female gametophyte development in Arabidopsis (2021)
  • Author(s): Susaki Daichi、Suzuki Takamasa、Maruyama Daisuke、Ueda Minako、Higashiyama Tetsuya、Kurihara Daisuke
  • Journal Title: PLOS Biology Volume: 19 Issue: 3 Pages: 3001123-3001123
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.3001123
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] ClearSeeAlpha: Advanced Optical Clearing for Whole-Plant Imaging (2021)
  • Author(s): Kurihara Daisuke、Mizuta Yoko、Nagahara Shiori、Higashiyama Tetsuya
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: － Issue: 8 Pages: 1302-1310
  • DOI: 10.1093/pcp/pcab033
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Remarks] 植物の卵細胞がつくられる様子を生きたまま観察することに成功
  • URL: https://www.nagoya-u.ac.jp/about-nu/public-relations/researchinfo/upload_images/20210329_itbm1.pdf