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植物細胞骨格パターンの再構成

研究課題

研究課題/領域番号 23K18126
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分44:細胞レベルから個体レベルの生物学およびその関連分野
研究機関名古屋大学

研究代表者

小田 祥久  名古屋大学, 理学研究科, 教授 (30583257)

研究分担者 井上 大介  九州大学, 芸術工学研究院, 助教 (40869765)
研究期間 (年度) 2023-06-30 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2025年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2024年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
キーワード微小管 / 細胞壁 / 植物 / 細胞骨格
研究開始時の研究の概要

本研究では研究代表者小田のin vivoでの微小管パターン再構成技術と研究分担者井上のin vitroでのマイクロパターニング技術を組み合わせ、植物の細部骨格の配列パターンをin vitroおよびsemi in vitroで再構成する新技術を開発する。基盤平面上のマイクロパターンや、メンブレンゴースト、人工脂質膜に微小管をアンカーし、植物の細胞骨格の主要制御因子を反応させることで植物に特徴的な細胞骨格パターンの再構成を試みる。これにより植物の細胞骨格パターンの理解に向けた構成生物学研究の基盤を確立する。

研究実績の概要

植物の細胞壁はセルロース微繊維を主成分としており、その沈着パターンが細胞壁の物性を決定する。細胞壁の物性は細胞の形態に大きく影響するため、細胞壁の沈着パターンは植物細胞の機能や形態、さらには組織、器官の形成の基盤となる。細胞壁の沈着パターンは細胞膜直下に並ぶ表層微小管の列がセルロース合成酵素の進行を誘導することによって導かれる。これまでに表層微小管同士の相互作用や、細胞膜上の低分子量GTPアーゼタンパク質のシグナル等、様々な細胞内因子が微小管の配列パターンを制御していることが明らかとなってきた。しかし植物の表層微小管の配列パターンを作り出す最小構成の因子群やその作用機序は解明できていない。本研究では植物の微小管の配列パターンをin vitroやsemi in vitroで再構成し、植物の細胞骨格パターンの理解に向けた構成生物学研究の基盤を確立することを目指した。今年度は植物が独自に進化させてきた微小管付随タンパク質を精製し、in vitroで微小管の動態や物性に与える影響を調べるための実験条件を検討した。その結果、ポリリジン等を用いた微小管のアンカリングを避け、基板上にモータータンパク質を固着させ、重合させた微小管を基板上で移動させながら微小管付随タンパク質を作用させることにより、微小管に対する物性を評価することができることが分かった。また、微小管の密度や長さ、タンパク質の量など検討し、効率の良い実験条件を得ることに成功した。

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

今年度は植物が独自に進化させてきた微小管付随タンパク質を精製し、in vitroで微小管の動態や物性に与える影響を調べるための実験条件を検討した。その結果、ポリリジン等を用いた微小管のアンカリングを避け、基板上にモータータンパク質を固着させ、重合させた微小管を基板上で移動させながら微小管付随タンパク質を作用させることにより、微小管に対する物性を評価することができることが分かった。また、微小管の密度や長さ、タンパク質の量など検討し、効率の良い実験条件を得ることに成功した。得られた画像データからの情報抽出や統計的な処理についても検討し、一定の成果が得られた。微小管の振る舞いに影響すると考えられるアクチン繊維の結合タンパク質についても精製し、in vitroでのアクチン繊維の重合への影響を調べた。これらは当該年度に計画していた実験であり、得られた成果も予想に沿ったものであったため、おおむね順調に進展しているといえる。

今後の研究の推進方策

計画通り研究を進める予定である。様々な微小管付随タンパク質を精製し、複数のタンパク質を同時に微小管に作用させることにより、植物に特徴的な微小管の構造や動態の再現を試みる予定である。表皮細胞での表層微小管においてはたらくタンパク質や、道管のように特徴的なパターンを示す微小管においてはたらくタンパク質を用い、これらの構造の再現を試みる。微小管付随タンパク質に加え、これらを制御する低分子量GTPaseなども扱う準備を始める予定である。微小管に加え、アクチン繊維に作用する様々なタンパク質、微小管とアクチン繊維の両方に作用すると考えられるタンパク質も精製し、in vitroで両者に対する作用を検証する。タンパク質の精製についても複数の方法を試すほか、植物細胞のプロトプラストから作成したメンブレンゴーストを利用する方法の検証を進める。また、UV局所照射やマイクロプリンティング法を用いたガラス面の微細修飾パターンの構築とその応用を進める。

報告書

(1件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 2件、 招待講演 5件)

  • [国際共同研究] Stockholm University(スウェーデン)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Microtubule-associated phase separation of MIDD1 tunes cell wall spacing in xylem vessels in Arabidopsis thaliana2024

    • 著者名/発表者名
      Higa Takeshi、Kijima Saku T.、Sasaki Takema、Takatani Shogo、Asano Ryosuke、Kondo Yohei、Wakazaki Mayumi、Sato Mayuko、Toyooka Kiminori、Demura Taku、Fukuda Hiroo、Oda Yoshihisa
    • 雑誌名

      Nature Plants

      巻: 10 号: 1 ページ: 100-117

    • DOI

      10.1038/s41477-023-01593-9

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Confined-microtubule assembly shapes three-dimensional cell wall structures in xylem vessels2023

    • 著者名/発表者名
      Sasaki Takema、Saito Kei、Inoue Daisuke、Serk Henrik、Sugiyama Yuki、Pesquet Edouard、Shimamoto Yuta、Oda Yoshihisa
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 14 号: 1 ページ: 6987-6987

    • DOI

      10.1038/s41467-023-42487-w

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 転写調節されるアクチン重合が木部道管における細胞壁パターンを切り替える2024

    • 著者名/発表者名
      貴嶋紗久, 佐々木武馬, 近藤侑貴, 稲垣宗一, 山口雅利, 小田祥久
    • 学会等名
      第65回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 陸上植物におけるprospindle の形成機構と役割について2024

    • 著者名/発表者名
      佐々木武馬, 石崎公庸, 本瀬宏康, 小田祥久
    • 学会等名
      第65回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Exploring autolytic mechanisms of sieve elements with an improved phloem induction system2024

    • 著者名/発表者名
      Yuki Sugiyama, Yoshihisa Oda
    • 学会等名
      第65回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Microtubule organization in xylem vessels2023

    • 著者名/発表者名
      小田祥久
    • 学会等名
      第49回内藤コンファレンス
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] The role of G protein dynamics in microtubule organizaion during xylem development2023

    • 著者名/発表者名
      Shogo TAKATANI, Takeshi HIGA, Yoshihisa ODA
    • 学会等名
      第49回内藤コンファレンス
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 道管において微小管に付随した相分離現象が細胞壁パターンを調節する2023

    • 著者名/発表者名
      比嘉 毅, 貴嶋 紗久, 佐々木 武馬, 高谷 彰吾, 近藤 洋平, 佐藤 繭子, 若崎 眞由美, 豊岡 公徳, 出村 拓, 福田 裕穂, 小田 祥久
    • 学会等名
      日本植物学会第87回大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] MIDD1凝集体による微小管脱重合機構の解析2023

    • 著者名/発表者名
      浅野僚介, 佐々木武馬, 高谷彰吾, 小田祥久
    • 学会等名
      日本植物学会第87回大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 道管の細胞壁形成を制御するROPエフェクターの解析2023

    • 著者名/発表者名
      小林恒, 佐々木武馬, 小田祥久
    • 学会等名
      日本植物学会第87回大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 道管の細胞壁パターンを制御する新規細胞骨格付随タンパク質の解析2023

    • 著者名/発表者名
      三宅陽穗, 杉山友希, 佐々木武馬, 小田祥久
    • 学会等名
      日本植物学会第87回大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 陸上植物における紡錘体軸および細胞分裂方向の制御機構2023

    • 著者名/発表者名
      佐々木 武馬, 石崎 公庸, 本瀬 宏康, 小田 祥久
    • 学会等名
      日本植物学会第87回大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 植物の道管に見る細胞内パターン形成のロジック2023

    • 著者名/発表者名
      小田 祥久
    • 学会等名
      第61回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 植物における細胞壁形成の時空間制御2023

    • 著者名/発表者名
      小田 祥久
    • 学会等名
      第46回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 道管液フローを規定する細胞壁パターンの構築機構2023

    • 著者名/発表者名
      小田 祥久
    • 学会等名
      第46回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演

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公開日: 2023-07-04   更新日: 2024-12-25  

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