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Control of cell division plane and anisotropic growth of cell walls that produce regular phyllotactic patterns of bryophytes

Publicly Offered Research

Project AreaIntrinsic periodicity of cellular systems and its modulation as the driving force behind plant development
Project/Area Number 22H04724
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Biological Sciences
Research InstitutionHiroshima University

Principal Investigator

嶋村 正樹  広島大学, 統合生命科学研究科(理), 准教授 (00432708)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Keywords葉序 / 頂端細胞 / コケ植物 / 細胞分裂 / 細胞壁 / メロファイト / カロース / セントリン
Outline of Research at the Start

電子顕微鏡レベルでの頂端細胞の微細形態観察、光学顕微鏡を用いたライブイメージング、共焦点レーザー顕微鏡を用いた立体的観察で、頂端細胞内部の細胞周期を通じたオルガネラ配置の周期的変遷を明らかにする。頂端細胞を取り囲む、各面の細胞壁について、組成や伸長に関わる性質の違いを検出する。研究を通じて「葉序」を生み出す「内的振動子」の役割をもつ細胞構造・現象を同定する。さらに,シミュレーション上で、様々なコケ植物の立体的体制を再現し、細胞分面制御と細胞壁の成長比率の制御による規則的な植物体形態形成の数理モデルを確立する。

Outline of Annual Research Achievements

葉序開度が異なるコケ植物の間で,頂端細胞の隣接メロファイトにおける細胞分裂パタンと頻度,細胞壁成分の変化,メロファイトの外形の成長を観察し,それらの要素の厳密な葉序角度へ収束する過程との連関を解析した.メロファイトの外形が成長する過程でのメロファイト内の細胞分裂パタンと頻度には種ごとの大きな違いは見られなかった.その一方,メロファイト全体の体積は葉序開度が大きいヒメツリガネゴケにおいて早い増加速度が見られた.頂端細胞の分裂面旋回角度(約120度)と葉序の開度に差がないヨツバゴケでは,メロファイトが等方的な成長を行う一方,頂端細胞の分裂面の角度に対し,より開度の大きい回転葉序(144度,135度)を形成する種では,メロファイトは異方的な成長を示し,葉序の螺旋の回転方向に大きく伸長し,外形の変化が大きいことが明らかになった.頂端細胞を取り囲む初期のメロファイトで,メロファイトの外形が異方的に変化する領域では,細胞壁がカロースに富んでおり,細胞やメロファイト外形に可塑的な性質をもたらし,葉序角度の変調に影響を及ぼしていることが示唆された.
頂端細胞の旋回分裂の仕組みを探ることを目的に,その非対称分裂の向きが周囲の細胞壁の齢により決まると仮定し,シュートの分枝時に新たに形成される頂端細胞の分裂旋回を再現するか数理モデルを用いた理論的な研究を行った.回転方向の様々な変化が報告されている茎葉性タイ類を対象に,そのシュートの横断面での発生を記述する数理モデルを構築した.シミュレーションの結果,分枝によって形成される頂端細胞はメロファイト上で元の頂端細胞の旋回分裂の回転方向に対して正(負)の側に由来するときは順回転(逆回転)を示した.これは先行研究の観察結果を再現した.頂端細胞は周囲の細胞の齢を何らかの方法で感知し分裂方向を決定している可能性が示唆された.

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2023 2022

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (6 results)

  • [Journal Article] Microtubule organization and plastid distribution during meiosis of Haplomitrium mnioides (Haplomitriopsida)2022

    • Author(s)
      SHIMAMURA MASAKI
    • Journal Title

      Bryophyte Diversity and Evolution

      Volume: 45 Issue: 1 Pages: 75-84

    • DOI

      10.11646/bde.45.1.5

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] An Unknown U-Chromosomal Gene Indispensable for Egg Cell Differentiation in Marchantia polymorpha.2023

    • Author(s)
      Lu Y, Cui Y, Yoro E, Kawai J, Shimamura M, Ishida S, Kajiwara T, Hisanaga T, Kohchi T, Sakakibara K, Goh T, Nakajima K.
    • Organizer
      日本植物学会第87回大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Developmental study on bifurcate branching in Marchantia polymorpha2023

    • Author(s)
      Yangyuxin Xiao, Masaki Shimamura
    • Organizer
      日本植物学会第87回大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] コケ植物の葉序を生み出す細胞分裂・分裂頻度・成長の制御2023

    • Author(s)
      嶋村正樹
    • Organizer
      第5回コケ幹細胞研究会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Morphological study on the reproductive branches of Marchantia quadrata (=Preissia quadrata)2022

    • Author(s)
      Xiao Yangyuxin ・ 嶋村正樹
    • Organizer
      日本蘚苔類学会題51回大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ツノゴケ類のピレノイド2022

    • Author(s)
      嶋村正樹
    • Organizer
      日本植物学会第86回大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] コケ植物の葉序を生み出す細胞分裂・分裂頻度・成長の制御2022

    • Author(s)
      嶋村正樹
    • Organizer
      第4回コケ幹細胞研究会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report

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

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