2018 Fiscal Year Annual Research Report
Mechanisms of cell differentiation in the Arabidopsis root cap revealed by long-term time-lapse imaging
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17K15140
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
郷 達明 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (80511419)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 根冠 / タイムラプス観察 / シロイヌナズナ / 細胞分化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
維管束植物の根の先端には、根冠と呼ばれるキャップ状の組織が存在している。根冠は、分裂組織の保護や重力感受、土壌粒子との摩擦軽減などを通して根の成長を支える重要な組織である。モデル植物のシロイヌナズナの根冠は、根端の側部を覆う側部根冠と、先端部を覆うコルメラの2種類の細胞群からなり、これらはそれぞれ5-6層の細胞層で構成されている。根冠を構成する細胞層は、最内層の始原細胞の同調的な分裂により供給され、新たな層の形成に従って順次外側へ移行しながら分化・成熟する。そして最外層に達した細胞層は根から自発的に剥離する。本研究では,根冠細胞層の成熟および剥離の制御機構を解明するために、研究代表者らが開発した水平光軸型動体トラッキング顕微鏡をもちいてタイムラプス観察を行った。約5日間に渡る経時観察から、シロイヌナズナの根冠が特有の周期で細胞層の新生と剥離を繰り返し、細胞層をターンオーバーさせていることが明らかとなった。根冠剥離を制御する細胞壁改変酵素の発現は、最外層特異的、かつ、同様の周期性をもって変動したことから、細胞層の位置情報に応じた遺伝子発現によって、周期的な根冠剥離が制御されていることが示唆された。さらに、重力感受細胞として機能していたコルメラ中間層が最外層に押し出されるのに伴い、細胞の液胞化が進行し、同時にアミロプラストの退縮や分泌経路に関わるオルガネラの局在が変化するという細胞内構造の劇的な変化を見出した。これらの最外層特異的な細胞内構造変化や細胞剥離は、根冠の形状や機能発現に重要な役割を果たしていると考えられる。
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