2020 Fiscal Year Research-status Report
イネ科葉肉組織の葉緑体配置と二酸化炭素の関係の三次元形態観察による解明
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19K15823
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
大井 崇生 名古屋大学, 生命農学研究科, 助教 (60752219)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | イネ科 / 葉緑体 / C４光合成 / 環境ストレス / 形態 / 三次元観察 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，光合成タイプ(C3・温帯型/寒冷型，C4・NADP-ME型/NAD-ME型/PCK型，等)の異なるイネ科作物を対象に，葉組織の構造を丸ごと三次元情報として取得し，「組織における細胞の位置」，「各細胞の立体形状」，「細胞内における葉緑体の配置」の3点に着目して葉肉組織内に分散している葉緑体の配置を立体的に把握し，特徴ごとに分類して光合成タイプやその特性との関連を見出すことを目指して取り組んでいる．
本年度（2020年度）は、昨年度に確立したウルトラミクロトームによる連続切片を光学顕微鏡で撮影していく手法を発展させ、スライドガラスに回収した試料に電子染色を施し、走査型電子顕微鏡（SEM）によって反射電子像を観察する系に発展させた。これにより、光学顕微鏡よりも高い解像度で観察可能となり、葉緑体１つ１つを明確に分けながら三次元再構築できるようになった。また、SEMで観察する本手法では比較的厚い切片（100 ～2000 nm厚）の撮影も可能であり、超薄切片（＜100 nm厚）の作製が必要とされる透過型電子顕微鏡観察では難しかった硬い葉組織などでも安定した撮影が可能になった。また、操作や保守が容易な卓上型SEMを用いることで、光学顕微鏡による三次元再構築と同様に、汎用性の高い観察体系を整えることができた。
これまでに、イネ（C3・温帯型）、シコクビエ（C4・NAD-ME型）、ローズグラス（C4・PCK型）の葉構造を連続切片像として撮り溜め、三次元再構築を進めている。特に、本年度はイネの葉肉細胞の外形が葉組織内の位置（向軸側・背軸側・その中間）で異なっていることを見出した。さらに、細胞の形状に加えて細胞間隙の三次元再構築に成功し、光合成に必要なCO2の取り込み能力に直結すると考えられている「細胞間隙に面する葉肉細胞の葉緑体の面積」を実測値で算出することを可能にした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
新型コロナウィルスの世界的感染拡大に伴い、海外渡航が制限され、研究協力を頂いている西オーストラリア大学の高精度X線マイクロCTの利用目途が立たない状況になっているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
新型コロナウィルスの感染拡大に伴い、西オーストラリア大学での高精度X線マイクロCTによる高速三次元再構築解析は断念する。代わって名古屋大学と経営統合した岐阜大学の共通機器として利用可能なX線マイクロCTで葉組織の三次元解析を検討しているが、本装置の解像度では組織や細胞の外形までの観察が限度であるため、2020年度に確立した切片-SEM法と併用して解析を進める。いずれにしても、解析速度は大幅に落ちるため、調査対象種は各光合成タイプにつき１種に絞り、代表種における光強度やCO2濃度を変化させた際の葉組織内の葉緑体の配置および形状の比較解析に専念する。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルスの世界的感染拡大に伴い、海外渡航が制限され、研究協力を頂いている西オーストラリア大学の高精度X線マイクロCTの利用のための出張旅費の予算分が執行されなかった。
次年度も海外渡航に制限のかかる状況の改善は見込まれないため、高精度X線マイクロCTでの観察を予定していた試料については切片-SEM法での観察に切り替えて研究を進めるが、そのための試薬の購入費や装置の利用料等が必要となる。
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