2019 Fiscal Year Annual Research Report
単一細胞転写誘導システムが切り拓く木部細胞の細胞壁形成機構の解明
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19H03022
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| Research Institution | Forest Research and Management Organization |
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Principal Investigator |
高田 直樹 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所 森林バイオ研究センター, 主任研究員 等 (90605544)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
永野 聡一郎 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所 林木育種センター, 主任研究員 等 (50753836)
山岸 祐介 北海道大学, 農学研究院, 助教 (80770247)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 二次壁 / 表層微小管 / 木部繊維 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
二次壁はセルロースミクロフィブリルの配向角度の違いにより３層に分けられる。セルロースミクロフィブリルの配向は細胞膜直下の表層微小管により制御されており、表層微小管とセルロースミクロフィブリルの配向は互いに相関している。しかし、木部細胞の発達過程でこれらの配向がどのように制御されているかについては未だ多くの謎が残されている。研究代表者は木部繊維において二次壁の肥厚を促進する新たな転写制御機構を見出しており、その制御機構を応用した木部繊維・単一細胞転写誘導システム（培養細胞から木部繊維を分化誘導するシステム）を開発している。本研究では培養細胞が木部繊維へと分化・発達する過程を顕微鏡で連続観察することにより、二次壁形成中の表層微小管の空間的・時間的変動を解析する。それにより、木部繊維においてセルロースミクロフィブリルの空間配置を決定する細胞内分子機構の解明を試みる。
本年度は「木部繊維の単一細胞転写誘導システムの開発」および「二次壁形成中の表層微小管の空間配置および動態の解析」に着手した。単一細胞転写誘導システムの開発では、これまでに作成したポプラ形質転換体（TUA-GFP+TF26-GR、TUA-GFP+TF26b-GR、TUA-GFP+VNS09-GR、TUA-GFP+VNS10-GR）から懸濁培養細胞の誘導を行った。さらに、培養細胞を誘導剤（デキサメタゾン）で処理し遺伝子の転写を人為的に誘導することにより、表層微小管の空間配置が大きく変化することを見出した。また、研究分担者の所属先においても懸濁培養細胞の誘導を行い、その細胞を用いて表層微小管の時空間的な変化を顕微鏡で観察するための共焦点レーザー顕微鏡の設定条件の検討を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
懸濁培養細胞の誘導系と持続的な細胞維持方法の開発に時間を要したため、顕微鏡観察への着手が遅くなった。現在、懸濁培養細胞は継続的に維持できており、来年度以降は顕微鏡観察をスムーズに行うことができる。
また、先行研究の論文の取りまとめに時間を要したこともあり、進捗はやや遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
転写誘導システムを導入したポプラ組換え体から誘導した懸濁培養細胞を用いて、微小管のタイムラプスイメージングを行う。昨年度までに、研究分担者の所属先においても懸濁培養細胞の立ち上げを行い、共焦点レーザー顕微鏡を用いた微小管の観察条件の検討を行ってきた。そこで、本年度は誘導剤処理前後での表層微小管の時空間的変化を観察する。まず、誘導剤処理前の培養細胞を用いて、表層微小管の観察を数時間連続的に行う。次に、誘導剤処理後の培養細胞について、同様の観察を行う。得られた連続画像をもとに、表層微小管の平行性、配向角度、密度などを画像解析ソフトウェアにより定量化を行う。また、表層微小管の長期的な変化を観察するために、誘導剤処理後に数日間かけて培養細胞の観察を行う。それにより、細胞の分化段階と表層微小管の配置の関連性を解析する。
また、昨年度に引き続き表層微小管の空間構造や動態を制御する遺伝子の探索を行う。既存の遺伝子発現データベースを再解析することにより得られた情報をもとに、微小管動態に影響を与える遺伝子の選定を行う。
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