Studies of cytoplasmic freezing in land plants

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K19256
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 佐藤 良勝 名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 特任准教授 (30414014)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2023-03-31
• Keywords: オルガネラ / 細胞骨格

Outline of Annual Research Achievements

植物細胞には原形質流動とよばれる細胞質内で原形質が流れるように動く現象が知られている。この活性は植物個体の成長にも影響を与えることが知られ、生理学的な重要性が理解されつつある。原形質流動の機構は、動物の筋肉収縮の機構とよく似ていて、ATPをエネルギー源とし、細胞骨格であるアクチン上をモータータンパク質のミオシンが動くことによって生じる。私たちはヒメツリガネゴケにおいて、原形質の動きが環境刺激によって一定時間停止する現象を発見した。ヒメツリガネゴケの原形質の動きは微小管、アクチン繊維の両方が関わることがすでにわかっており、本研究の目的は、原形質停止のメカニズムと植物の発生に及ぼす影響を明らかにすることである。
本研究では、モデル植物ヒメツリガネゴケを用いて、原形質やオルガネラ運動停止のメカニズムを解析する。これまでに細胞核、葉緑体にサイトフプラズミックフリージング現象が誘発されることを確認している。他のオルガネラ(ミトコンドリア、小胞体、ゴルジ体、ペルオキシソーム、液胞)についても、サイトフプラズミックフリージング現象が誘発されるかを検証するため、マーカーラインを作出した。また、細胞骨格の関与を調べるため、細胞骨格である微小管、アクチン繊維の蛍光ラベル化株を作成した。解析システムについては、多検体同時イメージング装置をセットアップした。
今後は、多検体同時イメージング装置を用いて、様々なオルガネラの停止反応と細胞骨格との関連性、さらには植物体の発生に及ぼす影響を調べる。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

ヒストンH2B配列の下流にmRFP遺伝子を融合させた核マーカー株を用いて
高感度sCMOSを搭載した顕微鏡システムに、ヒメツリガネゴケの原形質の動きを観察したところ、ヒメツリガネゴケの茎葉体において、葉緑体および核の動きを止めることができた。
ヒメツリガネゴケのオルガネラマーカー株については、ミトコンドリアはL137P1-mito配列、小胞体はHDEL配列、ゴルジ体はMan配列、ペルオキシソームはSKL配列、液胞膜はVAM3配列を用いて蛍光タンパク質GFP遺伝子の下流に融合して作成した。細胞骨格マーカー株は、アクチン繊維はLifeact配列、talin配列、微小管はα-tubulin配列、CKL6配列を用いて、GFP遺伝子、tagRFP遺伝子の下流に融合して作成した。今後、これらのオルガネラ、細胞骨格動態について詳細を解析する。以上、顕微鏡を用いた解析系は概ね順調に進んでいるが、原形質停止がおよぼす個体発生の解析系については、植物インキュベーターの都合によりまだセットアップできていない。

Strategy for Future Research Activity

今後は、さまざまなオルガネラ運動停止にともなう細胞骨格動態を解析する。具体的にはオルガネラの停止時間を数値化する。また、運動停止時と運動回復時の細胞骨格動態を比較する。また、植物インキュベーター内に赤外線感受性カメラを設置して、葉面温度を計測するとともに、オルガネラ運動停止にともなう個体発生のモニタリングを行う。

Causes of Carryover

購入予定であった物品（赤外線モニタリングカメラ）について、新型コロナウィルスの影響で納品に遅れを生じるとのことで、次年度使用額が生じた。今後の使用計画については、オルガネラ停止誘発条件での個体発生解析のための赤外線モニタリング装置のセットアップなどに使用する予定である。