2020 Fiscal Year Research-status Report
花粉形成過程における新規のオルガネラ授受・分解システムの解析
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20K06728
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| Research Institution | Japan Women's University |
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Principal Investigator |
永田 典子 日本女子大学, 理学部, 教授 (40311352)
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2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | SEM / 花粉 / オートファジー / マイクロリポファジー / リピッドボディ / 液胞 / 三次元再構築 / 電子顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、花粉形成過程において細胞間オルガネラ授受・分解という現象が実在することと、この現象が精細胞と栄養細胞それぞれの液胞によって協調的にもたらされるという仮説を検証することを目的とする。
この目的のために、従来型のTEM法に加え、広域SEM法及び連続切片SEM法を用いて、花粉形成過程を通じた詳細な広域・三次元画像を取得した。その過程において、二細胞期の花粉では雄原細胞の周囲に栄養細胞のリピッドボディが並んでおり、三細胞期の花粉では精細胞の周囲を液胞が取り囲んでいることを見出した。雄原/精細胞の周囲においてオルガネラがどのように置換するのかを明らかにするため、連続切片SEM法による詳細な観察を行ったところ、リピッドボディに接着した小さな液胞が、リピッドボディの一部を取り込みながら分解し始めるように見受けられた。この観察結果から、花粉成熟過程において、マイクロオートファジーによりリピッドボディが液胞に分解されていることが明らかとなった。また、オートファジー関連遺伝子の1つを欠失したatg2-1変異体を観察したところ、野生株と比較して精細胞の周囲に集積する液胞はまばらであった。ATG2の欠損は、オルガネラ間の接着には影響しないが、脂質分解の阻害や遅延を引き起こす可能性が示唆された。
これまで、植物花粉におけるオートファジーの報告は少なかった。今回花粉内で見つかったこのマイクロリポファジーの現象は、これまで知られていなかった細胞内分解機構の存在を示唆するものとして注目できる。
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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
本研究は、花粉形成過程において細胞間オルガネラ授受・分解という現象が存在する、という仮説を証明することを目的としてスタートした。当初の予定通り、広域SEM法と連続切片SEM法を用いて、花粉形成過程を通じた広域・三次元画像を取得することができた。
その過程で、雄原/精細胞の周囲においてリピッドボディが液胞に置換する現象を見出し、これがマイクロリポファジーによるものであることを明らかにした。これは、「細胞間オルガネラ授受・分解」現象そのものではないが、関連深い現象を捉えたものと考えている。「細胞間オルガネラ授受・分解」において、キーとなるのは液胞によってどのように分解が進むのかという点である。この分解に液胞が大きく関与していることは間違いない。今回見つかった分解現象が雄原／精細胞の周辺で生じていることから、細胞間で授受されたオルガネラの分解も、液胞が直接接触するタイプであるマイクロオートファジーである可能性が高い。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに、予定通り広域SEM法と連続切片SEM法を用いて、花粉形成過程を通じた広域・三次元画像を取得することができた。この作業において最も大変なのは、広域の連続切片をSEMで撮影できる状態にまでもっていくことである。これまでの成果は、その一部を使って得られたものであり、まだ観察・撮影、そして画像処理・解析を行う部分は多数残っている。今後はまず、この広域SEM法と連続切片SEM法の試料を用いて、余さずデータ取得をすることを目指す。これにより、「細胞間オルガネラ授受」の現場を捉えることを目指したい。
並行して、種々の突然変異体の育成と解析も進める予定である。花粉形成過程においてキーとなるオルガネラがリピッドボディであることから、今後特に注目していきたいのは脂質関連の突然変異体である。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症の拡大に伴い、予定していた臨時勤務者の雇用を遅らせたため、人件費とそれに伴う物品費の使用が少なくなった。現在、雇用者は確保しているため、感染症の拡大状況にもよるが、今年度は順調に使用できるものと見込んでいる。
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