2017 Fiscal Year Annual Research Report
Study of plant gravity sensors using a new microscope
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17H05007
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
豊田 正嗣 埼玉大学, 研究機構, 准教授 (90714402)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 重力感受 / 遠心顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物は重力を感受して、根を地中深く、茎を空へ向かって屈曲させる。この重力屈性反応は、200年以上研究されているが、未だに植物がどのように重力を感受するのか明らかになっていない。その最大の理由は、重力という機械的刺激を細胞内シグナルに変換する分子実体、すなわち植物の重力センサーが解明されていないからである。本研究では、新しい遠心蛍光顕微鏡を開発し、植物の重力センサーの解明に挑む。さらに、レーザーを使ってオルガネラ（アミロプラスト）を捕捉する”光ピンセット”技術や、伸展活性化（SA）チャネルを阻害するクモ毒”GsMTx-4”を応用することで、植物の重力感受機構の全体像を明らかにする。
今年度は、遠心蛍光顕微鏡の開発および光ピンセットを用いたアミロプラストの遠隔操作実験を行った。遠心蛍光顕微鏡の開発では、搭載予定の小型落射蛍光ユニットの最終調整を行った。我々が予想していた通り、植物細胞に発現しているGFPシグナルをリアルタイムで可視化できることが明らかになった。現在、この蛍光ユニットを遠心顕微鏡に組み込み、顕微鏡全体の最終調整を行っている。光ピンセットの実験は、レーザーを専門とする吉川准教授（埼玉大学）のサポートを得て、着実に進めている。光ピンセット用YAGレーザーを共焦点レーザー顕微鏡に導入し、高い時空間分解能でのアミロプラストの捕捉およびカルシウムシグナル・オーキシントランスポーターの同時イメージングが可能となった。アミロプラストを自由に遠隔操作できることから、物理的刺激（移動）と生化学的シグナルの関係が明らかになりつつある。
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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
遠心蛍光顕微鏡用の小型落射蛍光ユニットに、コリメーション済みの高輝度落射LED照明装置および透過・反射率が高いダイクロイックミラー・フィルターを組み込むことで高感度化を実現した。この光学系を用いることで、液胞膜に発現しているγ-TIPタンパク質のGFPシグナルをリアルタイムで可視化することができ、ダイナミックな液胞膜の変形を観察することが可能となった。
光ピンセットの実験では、計画通り、通常の倒立蛍光顕微鏡に捕捉用YAGレーザーを導入し、植物のオルガネラであるアミロプラストを捕捉し、遠隔操作できることを確認できた。しかし、何層もの細胞が重なっている植物組織から、観察対象である1つの細胞のみを可視化して、蛍光像を取得するのが難しいことがわかった。そこで、空間分解能を向上させるために、吉川准教授（埼玉大学）のサポートを得て、YAGレーザーを共焦点レーザー蛍光顕微鏡に導入した。この新しい光学系によって、単一細胞レベルの共焦点蛍光像を取得しながら、アミロプラストを遠隔操作することが可能となった。さらに、GFP（カルシウムシグナル・オーキシントランスポーター）シグナルのみならず、赤色自家蛍光（アミロプラスト）の多波長イメージングも可能となり、物理的刺激と生化学的シグナルの関係が明らかになりつつある。
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| Strategy for Future Research Activity |
システムのセットアップとしては、すべて順調に進んでおり、本プロジェクトの根幹を成す重要なデータが得られつつある。研究計画書に記載されている通り実験を継続していく予定である。また、昨年度の後半にクモ毒”GsMTx-4”を用いた実験も開始しており、こちらも細胞レベルでの研究が首尾良く進んでいる。今後は、1gで重力感受できないsgr変異体やSAチャネル変異体の解析もスタートさせる。
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