2017 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of the mechanism for plant responses to external force by a combination of plant physiological and physical approaches
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15K14544
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
長谷 あきら 京都大学, 理学研究科, 教授 (40183082)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
細川 陽一郎 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (20448088)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 細胞応答 / 力学シミュレーション / 原形質流動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物が外力に応答することは古くより知られるが、定義された力を加えた細胞を直接観察することは困難であった。本研究では、我々が開発した細胞圧迫装置を用いて、生理学的手法に物理学的手法を組み合わせることで、継続的に与えられた中程度の外力に対する細胞の応答について解析を進めた。
細胞圧迫実験系の確立：我々が開発した装置を用いて細胞を圧迫し、細胞形状の変化を精密に記録しつつ、GFPで標識された細胞質タンパク質の動態を蛍光継時観察によって観察する実験系を確立した。
圧迫による細胞質タンパク質の流動性低下：上記の実験システムを用いて、GFP標識した様々な細胞質タンパク質を観察し、細胞圧迫により細胞質の流動性が低下することを見出し、FRAP法により流動性の低下を半定量的に確認した。このような現象の報告例は無く、その新奇性が高い。
圧迫による細胞の変形：上記の現象が、細胞膜や細胞壁にかかる局所的な圧力の変化に起因するかどうかを、外液の浸透圧を変化させることで検討したが、直接的な関係は見いだされなかった。一方、流動性低下が起こる条件下で細胞形状を観察した結果、細胞の外側に向かって膨らんだ細胞壁がつぶれされた時にこのような現象が起こることが分かった。従って、本研究で見出された細胞応答は、細胞壁の変形に対する応答である可能性が高い。
外力の測定のシミュレーション：細胞変形に関するシミュレーションを行うための基礎データとして、多数の細胞について圧迫前後の形状を計測した。また、この状態で外から試料にかけた外力を実測することを試みたが、我々が開発した装置の精度では困難であることが判明した。また、細胞形状が複雑なため、応力計算は容易では無かった。結果論になるが、本現象は細胞壁の変形に対する応答と考えられるので、応力を解析することの意義は薄いと考えられた。
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