Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
植物の成長様式には、細胞のごく一部が伸長する先端成長とよばれる成長様式が知られ、コケ植物やシダ植物の原糸体細胞、被子植物では花粉管や根毛などが典型的な例である。先端成長細胞の伸長については、周期的な伸長速度変化を示すことは知られているものの、先端部の周期的形態変化を伴う伸長機構や、その変調により引き起こされる屈性の仕組みの詳細は不明な点が多い。本研究課題では、動体追尾イメージングを駆使し、マイクロデバイス技術、可聴化解析、数理モデル解析など複数の先端技術を融合して細胞の曲率変動解析を行うことにより、先端成長の定量解析に新たなスタンダードを創出する。
先端成長は、コケ植物やシダ植物では原糸体細胞、被子植物では花粉管や根毛など陸上植物共通に見られる伸長様式であり、先端成長細胞が周期的な速度変化を伴って伸長することは知られている。しかし、これまでの解析のほとんどは、細胞の長さや角度計測という限られた情報のみで伸長速度や屈性が評価されてきた。本研究では、イメージング技術を基盤に、有機合成科学、マイクロデバイス技術、画像解析技術など異分野技術を駆使して従来の先端成長の定量解析に新たなスタンダードを創出し、光や化学物質などの環境刺激による先端成長細胞の屈性を曲率変動の変調として記述し植物環境応答戦略の理解に繋げることを目標とした。トレニアの花粉管、シロイヌナズナの根毛、ヒメツリガネゴケ原糸体細胞などの先端成長細胞の細胞壁をラベルに関して、独自に開発した近赤外蛍光性細胞壁可視化プローブを用いた観察系を確立した。特に、ヒメツリガネゴケ原糸体細胞では、曲率変動解析に必要な二値化処理に十分なシグナルノイズ比で細胞輪郭を染色されていることが確認でき、明瞭な先端部の曲率変動と曲率極大部の法線ベクトルを得ることに成功した。一方、本研究を進める過程において、先端成長細胞先端部の曲率変動周期性や変調を解析するには、視野内での周期数が不足するという課題も明らかになったため、先端成長細胞の先端部を追尾する動態追尾イメージング系の確立に注力した。その結果、トレニア花粉管の動体追尾は良好に機能するものの、根毛は伸長阻害が見られるケースが多く、ヒメツリガネゴケ原糸体では追尾に失敗するケースが多いことが分かってきた。さらに、先端部が視野内に収まっているものの追尾の正確性が不十分であるものについては、先端部を合わせる画像のアライメント調整を半自動化する解析方法を採用し正確な追尾解析を可能にした。
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results, Peer Reviewed: 4 results, Open Access: 5 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results, Invited: 3 results)
Nature Aging
Volume: 4 Issue: 3 Pages: 319-335
10.1038/s43587-024-00575-6
The Plant Journal
Volume: - Issue: 5 Pages: 1699-1712
10.1111/tpj.16699
Science Advances
Volume: 9 Issue: 22
10.1126/sciadv.adf4803
New Phytologist
Volume: 241 Issue: 2 Pages: 665-675
10.1111/nph.19337
PLANT MORPHOLOGY
Volume: 34 Issue: 1 Pages: 63-67
10.5685/plmorphol.34.63
