2020 Fiscal Year Annual Research Report
House construction with animal fibers in the chordate, Oikopleura dioica..
| Project Area | Material properties determine body shapes and their constructions |
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| Project/Area Number |
20H05946
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| Research Institution | Kagoshima University |
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Principal Investigator |
小沼 健 鹿児島大学, 理工学域理学系, 准教授 (30632103)
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| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| Keywords | オタマボヤ / ハウス / セルロース繊維 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
オタマボヤは「ハウス」と呼ばれるセルロースを含んだ袋状の構造を分泌し、その中に棲んでいる。ハウスは単なる袋ではなく、餌を取るための網目や通路（ダクト）が配置された、複雑な三次元構造体である。オタマボヤは、表皮から分泌したハウスを数枚、折りたたんだ状態でまとっており、外側の一枚を膨らませて使用する。これまでの電子顕微鏡観察や蛍光染色により、ハウスは「繊維状の素材」が組み合わさってできていること、すなわち編み物（織物）とみなせる可能性がでてきた。本研究ではこの考えのもと、謎につつまれたハウス形成のしくみを調べた。以下、結果の概要を述べる。
(1) 申請時の作業仮説「ハウスは表皮の真上で建設される」ことを実証した。すなわち、表皮上に分泌された折り畳み構造（ハウス原基）には、完成形の構造が備わっていることを裏付ける実験結果を得た。アクチン重合の阻害剤で処理した個体は、既にある折り畳みを膨らませてハウスを作ることはできるが、他方で、表皮上での網目形成が撹乱されてしまうことが分かった。
(2) ハウスの三次元構造について調べるため、X線マイクロCT画像の取得を行った（計画班、近藤グループとの連係）。ハウスは柔らかく、通常の固定液中では形が崩れてしまうこと、電子密度が低いためCTが困難などの問題があったが、固定方法・染色方法を検討することで改善し、画像取得に成功した。
(3) 固定した個体がまとっているをハウス原基、顕微鏡下で1枚ずつ単離する顕微操作を開発した。
(4) セルロース合成酵素（CesA2)のcDNA部分配列を取得し、所属機関である鹿児島沿岸のオタマボヤの塩基配列・アミノ酸配列は、これまでに構築したゲノムデータベースのそれとほぼ同一であることを確認した。さらに、この予想アミノ酸配列をもちいて、CesA2の抗血清を作成した（抗血清の作成は、城西大学の佐野博士のご協力による）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ハウス形成をものづくりの視点から眺めると、(1) セルロース繊維の形成 (1次元の糸の形成）、(2) 網目の形成 (2次元の布状構造の形成）、(3) ハウスの三次元構造の理解、という異なるスケールに分けることができる。本研究の戦略は、これらを調べることでハウス形成の全体像をとらえることにある。
代表者は、2021年度に鹿児島大学へと異動した。これにともない、オタマボヤの飼育や実験系はすべて1から立ち上げ直す必要があったが、幸い、この状況下においても上記３つすべてについて進捗が得られた。(1)については、セルロースの合成酵素cDNAの取得と抗体の作成が進み、発現解析の準備が整った。(2)については、アクチン重合の阻害剤によって網目形成が撹乱されることが分かり、現在さらに追求を進めることができている。(3) については、ハウスが固定後に形崩れしやすい問題点の解決策を検討し、マイクロX線CTによる画像取得にまで進めることができた。
以上より、おおむね順調に進展していると判断する。オタマボヤのハウス形成のしくみは、前例が少ない複雑な形態形成であるため、研究を進めるなかで開始当初は予想しなかった問題点が見つかっているが、現在のところ、領域内で議論を重ねることや、代表者らが開発してきた実験系に工夫を施すことで、結果的にはいずれも解決の糸口が見えている。今後、さらに理解が進んでいくだろう。
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| Strategy for Future Research Activity |
実験については、おおむね計画にそって実施することができており、実験系もさらに充実してきた。今後、セルロース合成酵素の配置や、表皮上で起きている繊維形成や網目形成の理解を進めていく。
今後、より注力したい点として、ハウスの三次元構造の理解があげられる。具体的には「折りたたみからのハウスの展開」についての力学計算を実施する予定である（計画班、井上グループとの連係）。予備的な実験データ、すなわち、ハウスやハウス原基（折りたたみ）のX線CT画像はすでに取得してあるので、これをもちいて、力学計算を実施するための打ち合わせを実施する。理論班との打ち合わせを頻繁に行うことで、数理解析の実施に必要な実験データについて理解を深め、これをもとに、CT撮影のためのサンプルの作成方法の改善、画像データの取得を進めていく。
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| Remarks |
(1)は所属HPにおける成果の公開
(2)は研究シーズの公開
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