2021 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 / CesA |
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| Outline of Annual Research Achievements |
オタマボヤは、表皮から分泌する「ハウス」と呼ばれる袋状の構造に棲んでいる。ハウスはセルロースを含んでおり、海水中のプランクトンを濾し取って食べるための網目や流路（ダクト）が規則正しく配置された、複雑な三次元構造をもつ。オタマボヤは、スペアのハウスを2-3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。代表者は予備実験をもとに、ハウスは「繊維状の素材」の組み合わせ、すなわち編み物（織物）とみなせると作業仮説を立てて研究を開始した。以下、結果の概要を述べる。
(1) 作業仮説が正しいこと、すなわち、ハウスは表皮の真上で建設されることを示した。細胞の張力にかかわるアクチンの重合阻害を行った個体は、阻害以前から持っていたスペアの折りたたみを展開して機能的なハウスを作るが、その後は奇形のハウスをつくるようになる。これは、折りたたみの中にハウスの三次元構造が内包されている証拠といえる。
(2) ハウスの三次元構造についての数理シミュレーションを行うため、X線マイクロCTによる三次元画像データの取得を試みた。ハウスは柔らかく、固定すると崩れやすいことや、電子密度が低くCTが困難などの問題があったが、固定法や重金属染色の検討によりこれらの問題を改善し、CT画像の取得に成功した（計画班・近藤グループとの連係による）。
(3) 固定サンプルから、折りたたまれたハウスを1枚ずつ単離する技術を確立した。
(4) 網目形成のしくみを調べるため、所属機関でもちいている鹿児島沿岸のオタマボヤからセルロース合成酵素 (CesA2)のcDNA部分配列を決定した。その塩基配列・アミノ酸配列は、異なる地域のオタマボヤから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。この予測アミノ酸配列をもとに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
本研究のおもな計画は、ハウス形成をものづくりの視点からとらえ、(1) セルロース繊維の形成（一次元、ナノレベル)、(2) 網目の形成 (二次元の布状構造、マイクロレベル）、(3)ハウスの三次元構造の理解（ミリレベル）、それぞれのスケールから調べることにある。
代表者は2021年4月より、鹿児島大学へ異動し、新しい研究室を立ち上げた。このため本年度は、オタマボヤの採取場所、飼育方法、実験系のすべてを１から立ち上げ直す必要があったが、幸いこの状況においても上記3つすべてについて進捗が得られた。(1)(2)については、セルロース合成酵素cDNAの取得や抗血清の作成が進み、表皮上での発現を解析する準備が整った。また「体に2-3枚まとっている折りたたまれたハウスと、表皮上で新たに作られるハウスを峻別することができる実験系」を新たに開発したことで、アクチンの重合が網目形成やダクトの形成にかかわることが分かった。これは、他の制御因子の役割を検討する上でも重要な方法となる。さらに(3)についても、ハウスが固定後に変形しやすいという問題を改善する方法を見出し、マイクロX線CTによる画像取得にこぎつけることができた。
以上から、概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は、非常に複雑な形態形成ということもあり、開始時には予想しなかった問題点がいくつも浮上しているが、幸い現在のところ、領域内での議論や、これまでに開発してきた実験系に新しい工夫を施すことで、いずれも解決の糸口がつかめている。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、ほぼ計画どおりに実施できている。今後、セルロース合成酵素の発現や、表皮上でおきている網目形成についての理解を進めていく。
今後、より注力したい内容として、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」と「完成したハウス」を対応づけることで、その展開についての力学計算を実施する（計画班、井上グループとの連係）。まずは、昨年度に取得したハウスや折りたたみ構造のX線CTデータをもとに打ち合わせを行い、数理計算の実施に必要となる実験データについて理解する。これをもとに、サンプルの作成方法の改善や、より精度の高い三次元画像の取得を試みる。
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| Remarks |
学部HPにおける成果の公開と、所属大学における研究シーズの公開
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