2021 Fiscal Year Research-status Report
Holographic stimulation and imaging of systemic movement and function of the small-molecule hormone
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21K19250
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| Research Institution | Utsunomiya University |
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Principal Investigator |
玉田 洋介 宇都宮大学, 工学部, 准教授 (50579290)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
亀井 保博 基礎生物学研究所, 生物機能解析センター, 特任准教授 (70372563)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2023-03-31
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| Keywords | ホログラフィー / 光細胞刺激 / IR-LEGO / 生細胞イメージング / オーキシン / 3D / フェムト秒レーザー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ホログラフィックIR-LEGOの構築を開始した。また、研究協力者として新しく迎えた友井 拓実 博士（基礎生物学研究所）と共同で、実験材料であるコケ植物ヒメツリガネゴケに対するIR-LEGOの条件検討を行った。熱応答性プロモーターの下流に蛍光タンパク質をコードする遺伝子をつないで導入したヒメツリガネゴケ形質転換株の細胞に対して、レーザーパワーや照射時間などについて複数の条件で赤外レーザーを照射し、細胞の状態や成長と蛍光タンパク質の発現について経時的イメージングを行った。その結果、遺伝子発現を誘導しつつ細胞へのダメージがほとんど観察されないIR-LEGOの赤外レーザー照射条件を明らかにした。この結果は、ヒメツリガネゴケに対するIR-LEGOの適用だけでなく、ホログラフィックIR-LEGOによって複数の細胞を操作する際の効率的な遺伝子誘導の際のレーザー照射条件の決定に必要不可欠な知見を提供すると考えられる。さらに、オーキシン生合成遺伝子、オーキシン輸送遺伝子をそれぞれ蛍光タンパク質遺伝子と結合させ、熱応答性プロモーターの下流につないでヒメツリガネゴケオーキシン応答レポーター株に導入し、現在熱ショックによる発現誘導を検証中である。
以上に加えて、3D光細胞刺激の新展開として、長谷川 智士博士、早崎 芳夫博士（宇都宮大学）との共同研究のもと、近赤外フェムト秒レーザーを自然に生育した状態のままのヒメツリガネゴケ葉に入射して細胞レベルで葉を切断し、幹細胞化を誘導する実験を行い、ヒメツリガネゴケ葉細胞を効率的に切断できるレーザーパワーを解明した。
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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
IR-LEGOを用いた3Dホログラフィック光細胞刺激の研究、および、IR-LEGOによってオーキシンの生合成や移動を植物体内で制御するためのヒメツリガネゴケ形質転換株の作出について順調な成果が得られている。それに加えて、近赤外フェムト秒レーザーを用いた光細胞刺激という新しい研究の展開がみられ、研究代表者が主指導する飛田 拓海 大学院生（宇都宮大学）が日本光学会年次学術講演会にて発表したところ、国際学生賞OSJ/SPIE Student Awardを受賞するなど顕著な成果が得られた。これらのことから、現在までの進捗状況を「(2) おおむね順調に進展している」とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
ホログラフィックIR-LEGOを構築する。そして、熱応答性プロモーターの下流に蛍光タンパク質をコードする遺伝子をつないで導入したヒメツリガネゴケ形質転換株に対して、赤外レーザーを3D照射して経時的3Dイメージングを行うことで、3D光細胞操作の条件を確立する。また、オーキシン生合成遺伝子、オーキシン輸送遺伝子をそれぞれ蛍光タンパク質遺伝子と結合させ、熱応答性プロモーターの下流につないでヒメツリガネゴケオーキシン応答レポーター株に導入した株について、熱ショックによる発現誘導を検証し、通常条件では導入遺伝子が発現していないが、熱によって過剰発現が誘導される株を選抜する。3D光細胞操作の条件と、熱ショックによるオーキシン関連遺伝子の過剰発現誘導株の両方が確立され次第、実際に自然に生育した過剰発現誘導株に対して赤外レーザーを3D照射して、特定の細胞だけにオーキシン関連遺伝子発現を誘導する。その後、植物の状態を明視野観察で、遺伝子発現とオーキシン応答を蛍光タンパク質の発現でそれぞれ3Dイメージングすることで、ヒメツリガネゴケにおけるオーキシンの生合成・移行・シグナル伝達を細胞レベルで解明する。
また、近赤外フェムト秒レーザーを用いたヒメツリガネゴケの切断についてホログラフィーを導入し、多点入射や複雑なパターンの切断による幹細胞化効率の変化を検証する。
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| Remarks |
1, 玉田洋介, 宇都宮大学学長表彰 優秀賞（研究）（2022年1月12日）
2, 国際学生賞受賞：飛田 拓海（長谷川 智士, 椎名 謙介, 初見 洲人, Nan Gu, 早崎 芳夫, 玉田 洋介）, OSJ/SPIE Student Award, 日本光学会年次学術講演会OPJ2021（2021年10月29日）
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