植物オルガネラの統合的フェノーム解析技術の研究

• 研究課題/領域番号: 16K18562
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 植物分子・生理科学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 朽名 夏麿 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 特任准教授 (70578559)
• 研究協力者: 馳澤 盛一郎 ; 桧垣 匠 ; 秋田 佳恵 ; 湖城 恵 ; 島原 佑基 ; 三浦 岳
• 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: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2017年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2016年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 植物細胞 / オルガネラ / 細胞骨格 / 顕微鏡画像 / 画像解析 / 植物 / 細胞・組織 / 解析・評価 / 共焦点顕微鏡 / 生態生命情報学 / 生体生命情報学 / 発生・分化

研究成果の概要

植物細胞の持つ多種のオルガネラ・細胞骨格系について、顕微鏡画像からフェノーム解析を行う上で必須な画像解析手法の統合化を実現する実験系と画像処理ソフトウェアの開発に取り組んだ。また、顕微鏡画像から得られたオルガネラ・細胞骨格系のデータを規範として、細胞骨格系の動態をシミュレートするソフトウェアを開発した。材料には主としてタバコ培養細胞BY-2ならびにその形質転換体を用いた。また、国内の複数の研究機関と協力してオルガネラ・フェノーム研究で得られた顕微鏡画像を収集し分析に供した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

研究の結果、光学的特性等が自ずと異なる複数の顕微鏡撮影系に対して、オルガネラ等を認識し個数や面積を測定する、といった細胞レベルのフェノーム解析を高精度高効率に実施するソフトウェアを開発することができた。その基礎を形づくる画像解析ソフトウェア群については国内企業によるユーザインタフェイス等の改良等を受け、アップデートと提供を続けていけるような体制を整えている。

研究成果

• [雑誌論文] Quantitative Evaluation of Stromule Frequency at Hourly Intervals in <i>Arabidopsis</i> Stomatal Guard Cell Chloroplasts (2019)
  • 著者名/発表者名: Shimahara Y, Kutsuna N, Hasezawa S, Kojo KH.
  • 雑誌名: ＣＹＴＯＬＯＧＩＡ 巻: 84 号: 1 ページ: 31-35
  • DOI: 10.1508/cytologia.84.31
  • NAID: 130007628779
  • ISSN: 0011-4545, 1348-7019
  • 年月日: 2019-03-25
  • 査読あり
• [雑誌論文] A cloud-based bioimage analysis platform for morphological analysis and image classification. (2019)
  • 著者名/発表者名: Shimahara Y, Sugawara K, Kojo KH, Kawai H, Yoshida Y, Hasezawa S, Kutsuna N
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 14 号: 2 ページ: e0212619-e0212619
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0212619
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ROSA26 reporter mouse lines and image analyses reveal the distinct region-specific cell behaviors in the visceral endoderm (2018)
  • 著者名/発表者名: Abe T, Kutsuna N, Kiyonari H, Furuta Y, Fujimori T
  • 雑誌名: Development 巻: 145
  • DOI: 10.1242/dev.165852
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ultrafast confocal fluorescence microscopy beyond the fluorescence lifetime limit (2018)
  • 著者名/発表者名: Mikami H, Harmon J, Kobayashi H, Hamad S, Wang Y, Iwata O, Suzuki K, Ito T, Aisaka Y, Kutsuna N, Nagasawa K, Watarai H, Ozeki Y, Goda K.
  • 雑誌名: Optica 巻: 5 号: 2 ページ: 117-126
  • DOI: 10.1364/optica.5.000117
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Isolation of uracil auxotroph mutants of coral symbiont alga for symbiosis studies (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishii Yuu、Maruyama Shinichiro、Fujimura-Kamada Konomi、Kutsuna Natsumaro、Takahashi Shunichi、Kawata Masakado、Minagawa Jun
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 3237-3237
  • DOI: 10.1038/s41598-018-21499-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Label-free detection of aggregated platelets in blood by machine-learning-aided optofluidic time-stretch microscopy. (2017)
  • 著者名/発表者名: Jiang Y, Lei C, Yasumoto A, Kobayashi H, Aisaka Y, Ito T, Guo B, Nitta N, Kutsuna N, Ozeki Y, Nakagawa A, Yatomi Y, Goda K.
  • 雑誌名: Lab on a Chip 巻: 17 号: 14 ページ: 2426-2434
  • DOI: 10.1039/c7lc00396j
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Modification of growth anisotropy and cortical microtubule dynamics in Arabidopsis hypocotyls grown under microgravity conditions in space (2017)
  • 著者名/発表者名: Soga K, Yamazaki C, Kamada M, Tanigawa N, Kasahara H, Yano S, Kojo KH, Kutsuna N, Kato T, Hashimoto T, Kotake T, Wakabayashi K, Hoson T
  • 雑誌名: Phyiologia Plantarum 巻: 162 号: 1 ページ: 135-144
  • DOI: 10.1111/ppl.12640
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exogenous cellulase switches cell interdigitation to cell elongation in a RIC1-dependent manner in Arabidopsis thaliana cotyledon pavement cells. (2017)
  • 著者名/発表者名: Higaki T, Takigawa-Imamura H, Akita K, Kutsuna N, Kobayashi R, Hasezawa S, Miura T
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol 巻: 58 ページ: 106-119
  • DOI: 10.1093/pcp/pcw183
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] FIT: Statistical modeling tool for transcriptome dynamics under fluctuating field conditions (2017)
  • 著者名/発表者名: Iwayama K., Aisaka Y., Kutsuna N., Nagano A.J.
  • 雑誌名: Bioinformatics 巻: - 号: 11 ページ: 1672-1680
  • DOI: 10.1093/bioinformatics/btx049
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] ブドウ挿し木苗および幼苗へのブドウ黒とう病菌噴霧接種による抵抗性評価法の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 河野淳, 朽名夏麿, 尾上典之, 伴雄介, 佐藤明彦
  • 雑誌名: 園芸学研究 巻: 印刷中
  • NAID: 130006300701
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Dopamine regulates body size in Caenorhabditis elegans (2016)
  • 著者名/発表者名: Takashi Nagashima, Eitaro Oamia, Natsumaro Kutsuna, Shoichi Ishiura, Satoshi Suo
  • 雑誌名: Developmenta Biology 巻: 412 号: 1 ページ: 128-138
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2016.02.021
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A Theoretical Model of Jigsaw-Puzzle Pattern Formation by Plant Leaf Epidermal Cells (2016)
  • 著者名/発表者名: Takumi Higaki, Natsumaro Kutsuna, Kae Akita, Hisako Takigawa-Imamura, Kenji Yoshimura, Takashi Miura
  • 雑誌名: PLOS Computational Biology 巻: 12 号: 4 ページ: e1004833-e1004833
  • DOI: 10.1371/journal.pcbi.1004833
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Detection of image manipulation and plagiarism in life sciences research. (2016)
  • 著者名/発表者名: Shimahara Y, Kutsuna N
  • 雑誌名: Editorial Office News 巻: 9 号: 4 ページ: 1-2
  • DOI: 10.18243/eon/2016.9.4.5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modulation of plant RAB GTPase-mediated membrane trafficking pathway at the interface between plants and obligate biotrophic pathogens. (2016)
  • 著者名/発表者名: Inada, N., Betsuyaku, S., Shimada, T., Ebine, K., Ito, E., Kutsuna, N., Hasezawa, S., Takano, Y., Fukuda, H., Nakano, A., & Ueda, T.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 57 号: 9 ページ: 1854-1864
  • DOI: 10.1093/pcp/pcw107
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In vivo 3D analysis of systemic effects after local heavy-ion beam irradiation in an animal model (2016)
  • 著者名/発表者名: Nagata K, Hashimoto C, Watanabe-Asaka T, Itoh K, Yasuda T, Ohta K, Oonishi H, Igarashi K, Suzuki M, Funayama T, Kobayashi Y, Nishimaki T, Katsumura T, Oota H, Ogawa M, Oga A, Ikemoto K, Itoh H, Kutsuna N, Oda S, and Mitani H
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1 ページ: 28691-28691
  • DOI: 10.1038/srep28691
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Accumulation of fluorescent proteins derived from a trans-Golgi cisternal membrane marker and paramural bodies in interdigitated apoplastic space in Arabidopsis leaf epidermis (2016)
  • 著者名/発表者名: Akita, K., Kobayashi, M., Sato, M., Kutsuna, N., Ueda, T., Toyooka, K., Nagata, N., Hasezawa, S., and Higaki, T.
  • 雑誌名: Protoplasma 巻: in press 号: 1 ページ: 367-377
  • DOI: 10.1007/s00709-016-0955-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Enteroendocrine peptides can regulate insect feeding behavior via controlling intestinal contraction. (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Sumihiro, Kutsuna Natsumaro, Nagata Shinji
  • 学会等名: Asia and Oceania Society for Comparative Endocrinology Intercongress
  • 国際学会
• [学会発表] AIによる画像解析: 植物科学への応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 朽名夏麿, 島原佑基, 馳澤盛一郎
  • 学会等名: 日本農芸化学会2018年度大会
  • 招待講演
• [学会発表] Feedback regulation in secondary cell wall thickening in poplar (2018)
  • 著者名/発表者名: Naoki Takata, Tatsuya Awano, Natsumaro Kutsuna, Toru Taniguchi
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 子葉表皮細胞壁の湾曲における微小管結合タンパク質RIC1の役割: 細胞形態計測と力学モデルによる解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 桧垣匠, 今村寿子, 秋田佳恵, 朽名夏麿, 三浦岳, 馳澤 盛一郎
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 鹿児島大学郡元キャンパス(鹿児島県鹿児島市)
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] 非標識リアルタイムイメージング装置を用いた血小板凝集塊の検出法の確立 (2017)
  • 著者名/発表者名: 安本篤史, Yiyue Jiang, Cheng Lei, 相坂有理, 伊藤卓朗, Baoshan Guo, 小林博文, 新田尚, 朽名夏麿, 小関泰之, 中川敦寛, 合田圭介, 矢冨裕
  • 学会等名: 第39回日本血栓止血学会学術集会
• [学会発表] バイオメディカル画像の分類・評価のための人工知能によるアプローチ (2017)
  • 著者名/発表者名: 朽名夏麿
  • 学会等名: 先進歯科画像研究会第一回学術講演
  • 招待講演
• [学会発表] 生物画像自動分類を用いたシロイヌナズナ色素体におけるストロミュールの検出 (2017)
  • 著者名/発表者名: 島原佑基, 湖城恵, 馳澤盛一郎, 朽名夏麿
  • 学会等名: 日本植物学会第81回大会
• [学会発表] 人工知能による植物の効率的フェノタイピング (2017)
  • 著者名/発表者名: 朽名夏麿
  • 学会等名: 第35回日本植物細胞分子生物学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 宇宙の微小重力環境におけるシロイヌナズナ胚軸の成長と表層微小管動態 - Aniso Tubule 宇宙実験 (2017)
  • 著者名/発表者名: 曽我康一, 山崎千秋, 鎌田源司, 谷川直樹, 笠原春夫, 矢野幸子, 湖城恵, 朽名夏麿, 加藤壮英, 橋本隆, 小竹敬久, 若林和幸, 保尊隆享
  • 学会等名: 日本植物学会第81回大会
• [学会発表] 生物画像の自動評価工程をハイスループット化する能動学習技術 CARTA (2017)
  • 著者名/発表者名: 朽名夏麿
  • 学会等名: 定量生物学の会 第8回年会
  • 発表場所: 岡崎コンファレンスセンター(愛知県岡崎市)
  • 招待講演
• [学会発表] Mechanism of jigsaw-puzzle pattern formation in plant leaf epidermal cell: modeling single cell shape by interface equation and convolution kernel. (2016)
  • 著者名/発表者名: Miura T, Higaki T, Akita K, Kutsuna N, Takigawa-Imamura H.
  • 学会等名: The 2016 (26th) annual meeting of the Japanese Society for Mathematical Biology
  • 発表場所: 九州大学伊都新キャンパス(福岡県福岡市)
  • 年月日: 2016-09-07
  • 国際学会
• [学会発表] 生物・医用画像の自動評価のための能動的機械学習法 CARTA (2016)
  • 著者名/発表者名: 朽名夏麿
  • 学会等名: 第20回 NMR マイクロイメージング研究会
  • 発表場所: 国立がん研究センター東病院(千葉県柏市)
  • 招待講演
• [学会発表] Radiomics 入門: 機械学習の基礎 (2016)
  • 著者名/発表者名: 朽名夏麿
  • 学会等名: 第44回 日本磁気共鳴医学会大会
  • 発表場所: 大宮ソニックシティ(埼玉県さいたま市)
  • 招待講演
• [学会発表] マウス着床後初期胚における細胞系譜解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: Takaya Abe, Natsumaro Kutsuna, Hiroshi Kiyonari, Yasuhide Furuta, and Toshihiko Fujimori
  • 学会等名: 日本発生生物学会大会 秋季シンポジウム2016
  • 発表場所: 三島市民文化会館(静岡県三島市)
• [学会発表] 着床後マウス胚における細胞系譜解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 阿部高也、朽名夏麿、清成寛、古田 泰秀、藤森 俊彦
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
• [学会発表] 植物表皮細胞の湾曲構造形成のメカニズム (2016)
  • 著者名/発表者名: 三浦岳、桧垣匠、朽名夏麿、秋田佳恵、今村（滝川） 寿子、吉村 賢二
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
• [備考] 東京大学大学院新領域創成科学研究科植物全能性制御システム解析学分野ウェブページ
  • URL: http://hasezawa.ib.k.u-tokyo.ac.jp/zp/hlab/