Holographic stimulation and imaging of systemic movement and function of the small-molecule hormone

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K19250
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 44:Biology at cellular to organismal levels, and related fields
• Research Institution: Utsunomiya University
• Principal Investigator: Tamada Yosuke 宇都宮大学, 工学部, 准教授 (50579290)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 亀井 保博 基礎生物学研究所, 超階層生物学センター, RMC教授 (70372563)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2023-03-31
• 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 / 近赤外フェムト秒レーザー

Outline of Final Research Achievements

We applied Infrared laser-evoked gene operator (IR-LEGO) to the moss Physcomitrium patens. Using the transgenic P. patens in which the yellow fluorescent protein gene is driven under a heat shock promoter, we optimized the infrared laser irradiation conditions. We have clarified the conditions that induce gene expression effectively without observable damage to living cells. In addition, using the expression of fluorescent proteins as an indicator, we performed mathematical modeling of the induction of gene expression driven by the heat shock promoter in response to heating of a single cell. These results will provide essential knowledge for determining the laser irradiation conditions to induce gene expression in multiple cells by holographic IR-LEGO. In addition, we have constructed IR-LEGO in our laboratory, and are now conducting research to construct a holographic IR-LEGO.

Free Research Field

植物発生生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

生命科学において遺伝子の機能喪失・獲得実験は必要不可欠であるが、多くの実験系では個体の全細胞や多数の細胞で機能喪失・獲得が行われてしまうため、しばしば遺伝子の機能を正確に解明することが難しい。本研究によってヒメツリガネゴケの任意の細胞において遺伝子発現を誘導することが可能になれば、遺伝子の機能をより正確に解明できることが本研究の学術的意義である。また、計算機合成ホログラムを介して赤外レーザーを入射し、３次元に存在する複数細胞を同時に操作できるようになれば、顕微鏡の２次元性から解放された細胞操作系を確立できることが学術的意義である。