| 研究課題/領域番号 |
22KJ0449
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| 補助金の研究課題番号 |
21J23365 (2021-2022)
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 基金 (2023)
補助金 (2021-2022) |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分44030:植物分子および生理科学関連
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| 研究機関 | 埼玉大学 |
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研究代表者 |
萩原 拓真 埼玉大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
2023年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
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| キーワード | オジギソウ / 傾性運動 / 電気生理 / Ca2+イメージング |
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| 研究開始時の研究の概要 |
オジギソウ（Mimosa pudica）は、接触や傷害などの機械刺激に応答して、素早く葉を閉じるマメ科の植物である。これまでの研究により、刺激によって発生した活動電位が運動器官である葉枕まで伝達すると、葉枕が屈曲して葉が閉じることが示唆されているが、その分子機構には不明な点が多い。また、葉の高速運動は昆虫に対する防御運動であると推測されているが、実験的な裏付けは行われていない。
そこで本研究では、活動電位や高速運動への寄与が示唆されているCa2+に着目し、これらの現象の分子機構を検証することに加え、高速運動の生理学的意義も併せて明らかにすることを目指す。
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| 研究実績の概要 |
昨年度の研究結果から、Ca2+バイオセンサーのGCaMP6fを発現するオジギソウの葉に傷害刺激を与えると、Ca2+シグナルと電気シグナルがほぼ同じ速度で伝播することが分かっていた。刺激の種類によって伝播する電気シグナルの種類が変わることが知られていたため、従来用いていた傷害刺激の他に、葉に接触刺激を与えてCa2+シグナルと電気シグナルの伝播を同時に観察した。葉に傷害刺激を与えるとaction potential（AP）とvariation potentialから成る二峰性の電気シグナルと、二峰性のCa2+シグナルが伝播するが、接触刺激を与えた時はAPと一峰性のCa2+シグナルのみが伝播した。刺激の種類に関係なく、APとCa2+シグナルは近い速度で伝播することが分かった。
加えて、オジギソウの葉にCa2+チャネルブロッカーのLa3+や、Ca2+をキレートするグリコールエーテルジアミン四酢酸（EGTA）などの試薬を処理すると、傷害刺激を与えてもCa2+シグナルと電気シグナルが伝播しなくなることが分かっていた。この結果が、これらの試薬の副作用によるものではないことを示す必要が生じたため、試薬の濃度を下げたり、処理時間を短縮したりして実験を行ったが、同様の結果が得られた。代わりにCa2+チャネルブロッカーのベラパミルを処理した葉に傷害刺激を与えても、Ca2+シグナルと電気シグナルは伝播しなかった。上記の研究結果は、Ca2+シグナルの伝播が電気シグナルの伝播と共役している、という仮説をさらに支持するものである。
上記の研究結果と昨年度までの研究結果を含む論文をNature Communications誌に発表し、多くのメディアに研究内容が取り上げられた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度は、傷害刺激に加えて、接触刺激に応答して伝播するCa2+シグナル及び電気シグナルを測定し、電気シグナルで知られていたのと同様に、刺激の種類に応じて波形の異なるCa2+シグナルが伝播することを明らかにした。また、薬理学的な実験により、Ca2+シグナルの伝播が電気シグナルの伝播と共役していることをさらに支持する結果を得た。本年度までに得られた成果でもって、オジギソウの葉が昆虫に食害されてから、葉を高速で動かして身を守るまでの一連の流れを推定するという当初の目標に十分に到達していると判断し、次年度に予定していた学術誌への論文投稿を早期に完了することができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、今まで測定してきたCa2+シグナルと電気シグナルの時空間的な関係をより詳細に明らかにするために、GCaMP6fを発現する遺伝子組換えオジギソウの葉の興奮性細胞にガラス微小電極を挿入することで、細胞レベルでこれらのシグナルを同時測定することを目指す。加えて、長距離シグナル伝播におけるCa2+の役割を推定するために、イオンチャネルやポンプの阻害剤を処理した葉でCa2+シグナルと電気シグナルを同時測定し、これらのシグナルの波形変化の観察を試みる。
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