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細胞内動態の網羅的イメージングとホームメイド薬剤による植物の不等分裂機構の解明

Research Project

Project/Area Number 19K22421
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 44:Biology at cellular to organismal levels, and related fields
Research InstitutionTohoku University (2020)
Nagoya University (2019)

Principal Investigator

植田 美那子  東北大学, 生命科学研究科, 教授 (20598726)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 金岡 雅浩  名古屋大学, 理学研究科, 講師 (10467277)
Project Period (FY) 2019-06-28 – 2022-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Keywords植物受精卵 / ライブイメージング / 化合物スクリーニング / 植物
Outline of Research at the Start

多細胞生物は複雑な構造をもつが、それら全ては単一細胞である受精卵から発生する。しかし植物では、受精卵の内部でどのような変化が起こるのかや、それを制御する因子など、いまだ全く分かっていない。その理由としては、これまで生きた受精卵を観察できる手法が存在しなかったことと、重要な機能を担う遺伝子の欠損株が得られにくいことが挙げられる。そこで本研究では、まず、研究代表者が開発した受精卵のライブイメージング技術を用いて、受精卵の内部動態を精緻に観察する。加えて、このライブイメージング法と化合物スクリーニングを組み合わせることで、従来法では見出し得なかった鍵因子を網羅的に同定する。

Outline of Annual Research Achievements

受精卵の極性化と不等分裂は、個体発生の原点である。しかし植物では、受精卵内部でどのような因子が、どのような現象を制御するのか、いまだほとんど分かっていない。制御因子が得られていない理由としては、遺伝子の冗長性や、遺伝子欠損株の致死性のせいで、重要な機能を担う因子の欠損株が得られにくいことが考えられている。また、細胞内現象が分かっていない理由としては、被子植物の花の奥深くに存在する受精卵の内部を生きたまま観察する手法がなかったことが理由である。そんななか、研究代表者らはシロイヌナズナを用いて、植物の受精卵の内部を高精細にライブイメージングできる方法論を構築し、ミトコンドリアなどの細胞内構造体の動態を明らかにした(Kimata et al, 2020)。加えて、従来の遺伝学的スクリーニングの弱点であった、冗長性や致死性を回避して重要な制御因子を探索できる手法として、化合物スクリーニングに着目した。受精卵を含む胚珠のin vitro培養系を用いて網羅的に化合物スクリーニングを行った結果、受精卵の不等分裂を阻害する二種類の薬剤を見出した。標的因子の同定とさまざまな解析の結果、得られた二種類の薬剤がそれぞれ、微小管の配向と細胞板の形成とを特異的に阻害することと、コケ植物を含む多様な植物種でも同様の効果を持つことを突き止めた(論文準備中)。得られた成果について、多くの国内外の学会で発表するとともに、学術誌での公表にも至った(Susaki et al, 2021)。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究代表者らが独自に立ち上げた植物受精卵の精緻なライブイメージング系を用いて、さまざまな現象を見出し、成果発表にも至った。加えて、化合物スクリーニングによって得られた新規因子の解析により、細胞分裂の制御機構が明らかになりつつある。

Strategy for Future Research Activity

化合物スクリーニングによって得られた制御因子の機能解析を完遂し、論文として成果をまとめる。さらに、細胞骨格やオルガネラ以外の細胞内構造体について作成した蛍光マーカー株に対しても、薬剤投与を順次行い、植物細胞における各薬剤の効果を明らかにする。

Report

(2 results)
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report

Research Products

(19 results)

All 2021 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (5 results) Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 6 results) Remarks (3 results)

  • [Int'l Joint Research] University of Warwick(英国)

    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Int'l Joint Research] Institute of Plant Sciences Paris Saclay(フランス)

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  • [Int'l Joint Research] Max Planck Institute(ドイツ)

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  • [Int'l Joint Research] Institute of Plant Sciences Paris Saclay(フランス)

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      2019 Research-status Report
  • [Int'l Joint Research] University of Warwick(英国)

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      2019 Research-status Report
  • [Journal Article] Dynamics of the cell fate specifications during female gametophyte development in Arabidopsis2021

    • Author(s)
      Susaki Daichi、Suzuki Takamasa、Maruyama Daisuke、Ueda Minako、Higashiyama Tetsuya、Kurihara Daisuke
    • Journal Title

      PLOS Biology

      Volume: 19

    • DOI

      10.1371/journal.pbio.3001123

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Mitochondrial dynamics and segregation during the asymmetric division of Arabidopsis zygotes2020

    • Author(s)
      Kimata Y., Higaki T., Kurihara D., Ando N., Matsumoto H., Higashiyama T., Ueda M.
    • Journal Title

      Quantitative Plant Biology

      Volume: 1

    • DOI

      10.1017/qpb.2020.4

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A new role for histone demethylases in the maintenance of plant genome integrity2020

    • Author(s)
      Antunez-Sanchez Javier、Naish Matthew、Ramirez-Prado Juan Sebastian、Ohno Sho、Huang Ying、Dawson Alexander、Opassathian Korawit、Manza-Mianza Deborah、Ariel Federico、Raynaud Cecile、Wibowo Anjar、Daron Josquin、Ueda Minako、Latrasse David、Slotkin R Keith、Weigel Detlef、Benhamed Moussa、Gutierrez-Marcos Jose
    • Journal Title

      eLife

      Volume: 9

    • DOI

      10.7554/elife.58533

    • NAID

      120007179207

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Live-Cell Imaging of Zygotic Intracellular Structures and Early Embryo Pattern Formation in Arabidopsis thaliana2020

    • Author(s)
      Ueda Minako、Kimata Yusuke、Kurihara Daisuke
    • Journal Title

      Plant Embryogenesis

      Volume: 2122 Pages: 37-47

    • DOI

      10.1007/978-1-0716-0342-0_4

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Intracellular dynamics and transcriptional regulations in plant zygotes: a case study of Arabidopsis2020

    • Author(s)
      Kimata Yusuke、Ueda Minako
    • Journal Title

      Plant Reproduction

      Volume: - Pages: 89-96

    • DOI

      10.1007/s00497-020-00389-7

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Live imaging of asymmetric cell division of plant zygote.2020

    • Author(s)
      Kimata Y., Higaki T., Kurihara D., Higashiyama T., Ueda M.
    • Organizer
      第43回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Live-cell imaging from zygote polarization to embryo patterning in plant.2020

    • Author(s)
      Ueda M., Kimata Y., Tanaka S., Higaki T., Kurihara D., Higashiyama T
    • Organizer
      日本発生生物学会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Live-cell imaging of the polarization dynamics of plant zygote: Polar vacuolar distribution is essential for accurate asymmetric division2019

    • Author(s)
      Minako Ueda、Yusuke Kimata、Takehide Kato、Takumi Higaki、Daisuke Kurihara、Shoji Segami、Miyo Terao Morita、Masayoshi Maeshima、Seiichiro Hasezawa、Tetsuya Higashiyama
    • Organizer
      第42回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Live-cell imaging of the intracellular dynamics of Arabidopsis zygote2019

    • Author(s)
      Yusuke Kimata、Takumi Higaki、Daisuke Kurihara、Takehide Kato、Shoji Segami、Miyo Terao Morita、Masayoshi Maeshima、Seiichiro Hasezawa、Tetsuya Higashiyama、Minako Ueda
    • Organizer
      Plant Morphodynamics
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Live-cell imaging of the polarization dynamics of Arabidopsis zygote2019

    • Author(s)
      Minako Ueda、Yusuke Kimata、Takumi Higaki、Daisuke Kurihara、Takehide Kato、Shoji Segami、Miyo Terao Morita、Masayoshi Maeshima、Keiko Kuwata、Takamasa Suzuki、Ayato Sato、Moe Yamada、Seiichiro Hasezawa、Tetsuya Higashiyama
    • Organizer
      FASEB Mechanisms in Plant Development meeting
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Live-cell imaging of the polarization dynamics of Arabidopsis zygote2019

    • Author(s)
      Yusuke Kimata、Takehide Kato、Takumi Higaki、Daisuke Kurihara、Tomomi Yamada、Shoji Segami、Miyo Terao Morita、Masayoshi Maeshima、Seiichiro Hasezawa、Keiko Kuwata、Ayato Sato、Takamasa Suzuki、Moe Yamada、Tomokazu Kawashima、Frederic Berger、Yoshikatsu Sato、Masao Tasaka、Tetsuya Higashiyama、Minako Ueda
    • Organizer
      Principles of Pluripotent Stem Cells Underlying Plant Vitality
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Remarks] 植物の卵細胞がつくられる様子を生きたまま観察することに成功

    • URL

      https://www.yokohama-cu.ac.jp/news/2020/202103maruyama_PLOSBiol.html

    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Remarks] 植物の受精卵が非対称にミトコンドリアを分配する仕組みを発見

    • URL

      https://www.lifesci.tohoku.ac.jp/research/results/detail---id-49726.html

    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Remarks] 名古屋大学トランスフォーマティブ生命分子研究所(植田美那子)

    • URL

      http://www.itbm.nagoya-u.ac.jp/ja/members/m-ueda/

    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2019-07-04   Modified: 2021-12-27  

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