2017 Fiscal Year Annual Research Report
New approaches to visualizing freezing behaviors in plant tissues and their mechanisms involved
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17H03763
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
石川 雅也 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任研究員 (90355727)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福田 健二 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (30208954)
朽津 和幸 東京理科大学, 理工学部応用生物科学科, 教授 (50211884)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 耐寒性 / 水 / 凍結制御 / MRI / 氷核活性 / 凍結傷害 / イメージング / 凍結過程 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水分豊富な植物組織にとって凍結は最も危険なストレスである。果樹・花卉の花芽等の複雑な越冬器官が組織水の凍結をどのように制御して、致死的な細胞内凍結を回避しているか（凍結様式および凍結制御機構）は重要な耐寒性機構である。このメカニズムは凍霜害防除や凍結制御機構の基礎・産業応用研究に重要であるが、詳細はほとんど判っていないのが現状である。本研究では、この凍結挙動の動態解明と機構解析のため、まず最新高分解能MRI による凍結挙動の高感度可視化解析法を確立することを一つ目の目標としている。初年度は以下のことを行った。
①豪州Western Sydney大において、Price氏らの協力の下、最新高分解能MRI(600MHz)による植物器官の凍結挙動の高感度・高速・３D可視化解析法の確立を試み、実際の解析を始めた。まず、方針をつかむため、1) 花芽、葉芽等の３D凍結挙動可視化解析 2) 高速撮像により、Semi-real time 解析により、複雑器官である枝等の凍結開始・伝搬や凍る順番（凍結順位）等の解析を行えるかどうか、の2点について1-2種を用いて検討したところ、とりあえず可能であることが判った。後者については、IR法の結果と比較し、同様の結果であることを確認した。
②X線micro CTを用いて、花芽、葉芽の構造３D可視化が可能か検討したところ、実際にMRI測定に用いた材料のX線可視化が可能であった。
③MRIやIR法で解明された複雑器官の凍結挙動や凍結順位の機構を解明するため、氷核活性の組織分布を既に 確立済みの氷核活性測定法を用いて解析したところ、凍結順位や凍結様式と高い整合性があった。
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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
Western Sydney大の研究者からは、大歓迎・協力を受け、非常に良い環境で研究を開始した。豪州では、MRI関係の国際学会でも発表を行い、他大学の研究者とも交流を深めた。
高分解能MRIにより、花芽、葉芽等の３D凍結挙動可視化解析と高速撮像によるSemi-real time 解析により、複雑器官である枝等の凍結開始・伝搬や凍る順番（凍結順位）等の解析が可能であることが判った。また、MicroCTによる実験材料の３D可視化も可能であることが判った。これらは非常に有意義な成果であった。
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| Strategy for Future Research Activity |
３D凍結挙動可視化解析と高速撮像によるSemi-real time 凍結過程解析に関して、さらに詳細な条件検討を行い、手法として確立していく。
最新高分解能MRIは様々な解析が可能であるが、可能なこととできないこと（或いは、意義があるかどうか）を明らかにする。
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[Book] Ice Nucleation Activity in Plants: The Distribution, Characterization, and Their Roles in Cold Hardiness Mechanisms. In: Iwaya-Inoue M., Sakurai M., Uemura M. (eds) Survival Strategies in Extreme Cold and Desiccation. Advances in Experimental Medicine and Biology, vol 1081.2018
Author(s)
Masaya Ishikawa, Hideyuki Yamazaki,Tadashi Kishimoto, Hiroki Murakawa, Timothy Stait-Gardner, Kazuyuki Kuchitsu, William S. Price
Total Pages
pp 99-115
Publisher
Springer, Singapore
ISBN
978-981-13-1243-4
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