新規イメージング法とホームメイド薬剤による植物の不等分裂機構の解明

• 研究課題/領域番号: 16K14753
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 植物分子・生理科学
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 植田 美那子 名古屋大学, 理学研究科(WPI), 特任講師 (20598726)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2017年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2016年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
• キーワード: 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 / 発生 / 細胞極性 / イメージング

研究成果の概要

植物において、上下軸の形成は、受精卵の細胞内極性にまで還元されるが、受精卵を極性化させるしくみについては、これまでほとんど分かっていなかった。そんななか、本研究において、シロイヌナズナの受精卵の網羅的ライブイメージングを行った結果、植物細胞のほとんどを占めるオルガネラである液胞が、受精卵の非対称分裂の制御に必須であることを発見した（Kimata et. al., 2019; Ueda and Berger, 2018）。化合物スクリーニングの結果としても、受精卵の不等分裂を阻害する新規の薬剤を複数見出した（論文執筆中）。

研究成果の学術的意義や社会的意義

研究代表者らは、世界で初めて、植物の受精卵が極性化する動態をリアルタイムで観察することに成功した。さらに、これまで単なる水袋だと考えられてきた液胞のダイナミックな動きが、受精卵の非対称分裂だけでなく、その後の形作りにも必須であることも突き止めた。ほとんどの植物において、受精卵は大きな液胞を持つことから、本研究が明らかにした仕組みは、植物に共通した普遍的な機構であると期待される。液胞は植物だけでなく、真菌類にまで保存された基本的な細胞内小器官のため、植物の形が複雑に進化してきた経緯の理解や、農業技術への応用など、さまざまな分野への展開が期待できる。

研究成果

• [国際共同研究] Gregor Mendel Institute(オーストリア)
• [国際共同研究] Freiburg University(ドイツ)
• [国際共同研究] Freiburg University(ドイツ)
• [国際共同研究] Gregor Mendel Institute(オーストリア)
• [雑誌論文] New cues for body axis formation in plant embryos (2019)
  • 著者名/発表者名: Ueda Minako、Berger Frederic
  • 雑誌名: Current Opinion in Plant Biology 巻: 47 ページ: 16-21
  • DOI: 10.1016/j.pbi.2018.08.005
  • NAID: 120006650158
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Polar vacuolar distribution is essential for accurate asymmetric division ofArabidopsiszygotes (2019)
  • 著者名/発表者名: Kimata Yusuke、Kato Takehide、Higaki Takumi、Kurihara Daisuke、Yamada Tomomi、Segami Shoji、Morita Miyo Terao、Maeshima Masayoshi、Hasezawa Seiichiro、Higashiyama Tetsuya、Tasaka Masao、Ueda Minako
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 116 号: 6 ページ: 2338-2343
  • DOI: 10.1073/pnas.1814160116
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transcriptional integration of paternal and maternal factors in the Arabidopsis zygote (2017)
  • 著者名/発表者名: Ueda M, Aichinger E, Gong W, Groot E, Verstraeten I, Vu LD, De Smet I, Higashiyama T, Umeda M, Laux T
  • 雑誌名: Genes & Development 巻: 31 号: 6 ページ: 617-627
  • DOI: 10.1101/gad.292409.116
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] In Vitro Ovule Cultivation for Live-cell Imaging of Zygote Polarization and Embryo Patterning in <em>Arabidopsis thaliana</em> (2017)
  • 著者名/発表者名: Kurihara Daisuke、Kimata Yusuke、Higashiyama Tetsuya、Ueda Minako
  • 雑誌名: Journal of Visualized Experiments 巻: なし 号: 127
  • DOI: 10.3791/55975
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cytoskeleton dynamics control the first asymmetric cell division in Arabidopsis zygote. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kimata, Y., Higaki, T., Kawashima, T., Kurihara, D., Sato, Y., Yamada, T., Hasezawa, S., Berger, F., Higashiyama, T., and Ueda, M.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 113 号: 49 ページ: 14157-14162
  • DOI: 10.1073/pnas.1613979113
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Combination of synthetic chemistry and live-cell imaging identified a rapid cell division inhibitor in tobacco and Arabidopsis thaliana (2016)
  • 著者名/発表者名: Nambo, M., Kurihara, D., Yamada, T., Nishiwaki-Ohkawa, T., Kadofusa, N., Kimata, Y., Kuwata, K., Umeda, M. and Ueda, M.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 57 号: 11 ページ: 2255-2268
  • DOI: 10.1093/pcp/pcw140
  • NAID: 120006220249
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] シロイヌナズナ初期胚のライブイメージング (2019)
  • 著者名/発表者名: 植田美那子、栗原大輔、瀬上紹嗣、前島正義、東山哲也
  • 学会等名: 植物生理学会
• [学会発表] Live-cell imaging of the axis formation in Arabidopsis zygote (2018)
  • 著者名/発表者名: Kimata, Y., Ando, N., Kato, T., Higaki, T., Kurihara, D., Yamada, T., Segami, S., Morita, M. T., Maeshima, M., Hasezawa, S., Higashiyama, T., Tasaka, M., Ueda, M.
  • 学会等名: The 25th International Congress on Sexual Plant Reproduction (25th ICSPR)
  • 国際学会
• [学会発表] Live-cell imaging of the intracellular dynamics of Arabidopsis zygote (2018)
  • 著者名/発表者名: Kimata, Y., Ando, N., Higaki, T., Kurihara, D., Kato, T., Yamada, T., Segami, S., Morita, M. T., Maeshima, M., Hasezawa, S., Higashiyama, T., Tasaka, M., Ueda, M.
  • 学会等名: GARNet2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 植物の受精卵はどのように極性化するのか？ (2017)
  • 著者名/発表者名: 植田美那子，木全祐資，栗原大輔，山田朋美，東山哲也
  • 学会等名: 第58会植物生理学会年会
  • 発表場所: 鹿児島大学
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] 受精による細胞極性の破壊と再構成; ライブイメージングで迫る受精前後の細胞内変化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 植田美那子
  • 学会等名: 日本植物学会第81回大会
  • 招待講演
• [学会発表] Live-cell imaging of the plant axis formation responding to fertilization signals. (2017)
  • 著者名/発表者名: 植田美那子
  • 学会等名: ISIF2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Live-cell imaging of the intracellular dynamics during zygote polarization (2017)
  • 著者名/発表者名: 植田美那子
  • 学会等名: 28th ICAR2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Live imaging of microtubule dynamics during plant zygote polarization (2017)
  • 著者名/発表者名: 植田美那子
  • 学会等名: 第69回日本細胞生物学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Live-cell imaging of the intracellular dynamics underlying the zygote polarization in Arabidopsis (2016)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Kimata, Daisuke Kurihara, Takumi Higaki, Tomomi Yamada, Seiichiro Hasezawa, Tetsuya Higashiyama and Minako Ueda
  • 学会等名: 27th International Conference on Arabidopsis Research (ICAR2016)
  • 発表場所: 慶州 (韓国)
  • 年月日: 2016-06-29
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 植物では両親の遺伝子の協力によって子供の形ができる
  • URL: http://www.itbm.nagoya-u.ac.jp/ja/research/2017/04/GandD-Parents.php