2017 Fiscal Year Annual Research Report
針葉樹における放射組織の分化機構と機能に関する細胞生物学的研究
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16J04359
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
荒川 泉 東京農工大学, 大学院連合農学研究科, 特別研究員(DC1)
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2016-04-22 – 2019-03-31
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| Keywords | 放射柔細胞 / 木部分化 / 貯蔵養分 / 細胞死 / 液胞 / 二次木部 / デンプン / 脂質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
将来的な木質資源の高度有効利用のためには、木材を生産する樹木の幹の成長機構や生命現象の理解が重要である。樹木の養分貯蔵や代謝、物質輸送、心材物質の生合成等の生命現象には放射柔細胞が深く関わるが、詳細な機能は明らかではない。樹木の生命現象の理解には、放射柔細胞の機能解明が不可欠である。本研究では、放射柔細胞の機能解明のために、複数の針葉樹を用いて、放射組織の分化に伴う細胞内容物および細胞壁の変化に着目した解析を行う。
平成29年度は、心材形成に伴う放射柔細胞の細胞死において液胞が担う役割を明らかにするために、昨年度のスギ（Cryptomeria japonica）放射柔細胞の液胞と核に関する解析にデータを追加し、論文として報告した。この論文では、細胞死過程における液胞の形態および機能の変化と、核などの細胞内容物の自己分解との関連性について報告した。この結果は本年度6月にカナダで開催されたIUFRO国際学会大会において報告した。
次に、樹幹の三大機能の一つである養分貯蔵機能に着目し、スギとカラマツ（Larix kaempferi）を用いて組織化学的解析を行った。昨年度報告した放射柔細胞がデンプンの貯蔵を開始するタイミングに関してデータを追加し、本年度9月にインドネシアで開催された第9回PRWAC国際学会大会において報告した。本年度は、樹幹の養分貯蔵機能に関して総合的な理解を深めるために、デンプンに加えて脂質の解析を進めた。さらに、細胞の分化段階と養分貯蔵開始の関連性について議論するために、液胞の形態観察により放射柔細胞の分化段階について評価を行った。これらの結果は、第68回日本木材学会大会（京都大会）において報告した。この解析により、放射柔細胞はデンプンと脂質で異なる貯蔵開始メカニズムをもつことが示唆された。この結果に関して解析を進め、得られた成果を精査し、現在論文を準備中である。
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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
現在までにスギやカラマツなどの針葉樹を用いて、樹木の生命現象の理解や木材の材質制御に重要な放射柔細胞の分化および細胞死機構に関する研究を行ってきた。平成29年度は、心材形成に伴う放射柔細胞の細胞死過程における液胞の機能と放射柔細胞の養分貯蔵機能に着目し、細胞生物学的手法を用いて解析を進めた。
まず、放射柔細胞の細胞死過程における液胞と核などの細胞内容物の変化に着目し、スギを用いて組織化学的解析を行った。この解析では、放射柔細胞の細胞死に伴い、液胞の形態とタンパク質の貯蔵機能が変化すること、移行材において拡大した液胞の崩壊により核などの細胞内容物の自己分解が引き起こされることを明らかにした。
次に、放射柔細胞の分化と養分貯蔵機能に着目し、デンプンと脂質の貯蔵開始のタイミングについて、スギとカラマツを用いて組織化学的解析を行った。この解析において、カラマツの放射組織に含まれる短命な放射仮道管の細胞死と、放射柔細胞のデンプンの貯蔵開始に関連性があることが示唆された。さらに、放射柔細胞のデンプンと脂質の貯蔵開始のタイミングが異なることが明らかになった。
以上のことから、研究はおおむね順調に進展していると評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度に得られた結果を踏まえて、放射柔細胞の養分の貯蔵開始における分化段階の評価に関して、液胞、細胞壁構造、微小管配向などに着目をして詳細な顕微鏡解析を進める。また、放射柔細胞の細胞死に伴う貯蔵養分の消費パターンと、細胞内容物の変化に関しても解析を進める。これらの解析により、放射柔細胞の養分の貯蔵および消費の機能と、放射組織の分化機構に関して議論する。また、計画段階では植物ホルモンの影響や細胞の生理状態に関する解析を予定していたが、炭素安定同位体による光合成産物の標識手法を用いた解析に方針を転換し、放射組織の分化と養分の貯蔵機能等について解析を進める予定である。
得られた結果は、国内外の学会で積極的に発表し、学術論文として随時公表する予定である。
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