高CO2による気孔分布パターン形成の解析

• 研究課題/領域番号: 25711017
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 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: 桧垣 匠 東京大学, 新領域創成科学研究科, 特任准教授 (90578486)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 19,890千円 (直接経費: 15,300千円、間接経費: 4,590千円); 2016年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2015年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円); 2014年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円); 2013年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 気孔 / 二酸化炭素 / 葉表皮細胞 / バイオイメージング / シロイヌナズナ / 形態計測 / 画像クラスタリング / 数理モデル

研究成果の概要

高CO2と気孔発生の関連についてはWoodwardが博物館標本の調査結果を1987年にNatureに発表したことに端を発する．以来，当該研究領域において様々な研究が精力的に推進されたが不明瞭な結果も多く，未だ統一的な見解は得られていない．本研究ではシロイヌナズナ子葉をモデル材料として気孔分布パターン形成に対する高CO2の影響を多面的かつ定量的に検討した．その結果，高CO2は気孔分化と表皮細胞の拡大成長の両方に影響を及ぼすため，両者のバランスによって最終的な表現型が決定される可能性が示唆された．本研究により高CO2と気孔分化に関わる30年来の問題に統一的な理解を得る道筋がつけられたと考えられる．

研究成果

• [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] SMALL ACIDIC PROTEIN 1 (SMAP1) and SCFTIR1 ubiquitin proteasome pathway act in concert to induce 2,4-dichlorophenoxyacetic acid-mediated alteration of actin in Arabidopsis roots. (2017)
  • 著者名/発表者名: Takahashi M, Umetsu K, Oono Y, Higaki T, Blancaflor E, Rahman A
  • 雑誌名: Plant J 巻: 89 号: 5 ページ: 940-956
  • DOI: 10.1111/tpj.13433
  • 査読あり / 国際共著
• [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] Quantitative evaluation of stomatal cytoskeletal patterns during the activation of immune signaling in Arabidopsis thaliana. (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Shimono, T. Higaki, H. Kaku, N. Shibuya, S. Hasezawa, B. Day
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: １１ 号: 7 ページ: e0159291-e0159291
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0159291
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [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] Dominant and recessive mutations in the Raf-like kinase HT1 gene completely disrupt stomatal responses to CO2. (2016)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto-Sugimoto, M., Negi, J., Monda, K., Higaki, T., Isogai, Y., Nakano, T., Hasezawa, S. and Iba, K.
  • 雑誌名: J.Exp. Bot. 巻: 未定 号: 11 ページ: 3251-3261
  • DOI: 10.1093/jxb/erw134
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Nuclear function of subclass I actin depolymerizing factor contributes to susceptibility in Arabidopsis to an adapted powdery mildew fungus. (2016)
  • 著者名/発表者名: Inada N, Higaki T, Hasezawa S
  • 雑誌名: Plant Physiol 巻: 170 号: 3 ページ: 1420-1434
  • DOI: 10.1104/pp.15.01265
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Quantitative analyses on dynamic changes in the organization of host Arabidopsis thaliana actin microfilaments surrounding the infection organ of the powdery mildew fungus Golovinomyces orontii. (2016)
  • 著者名/発表者名: Inada N, Higaki T, Hasezawa S
  • 雑誌名: J Plant Res 巻: 129 号: 1 ページ: 103-110
  • DOI: 10.1007/s10265-015-0769-9
  • NAID: 40020697794
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Semi-automatic organelle detection on transmission electron microscopic images (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Higaki, N. Kutsuna, K. Akita, M. Sato, F. Sawaki, M. Kobayashi, N. Nagata, K. Toyooka, S. Hasezawa
  • 雑誌名: SCIENTIFIC REPORTS 巻: 5 号: 1 ページ: 7794-7794
  • DOI: 10.1038/srep07794
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Simplification of vacuole structure during plant cell death triggered by culture filtrates of Erwinia carotovora. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirakawa Y, Nomura T, Hasezawa S, Higaki T
  • 雑誌名: Journal of Integrated Plant Biology 巻: 57 号: 1 ページ: 127-135
  • DOI: 10.1111/jipb.12304
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Radiocesium distribution in bamboo shoots after the Fukushima nuclear accident. (2014)
  • 著者名/発表者名: Higaki T, Higaki S, Hirota M, Hasezawa S
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 9 号: 5 ページ: e97659-e97659
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0097659
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Wide-range high-resolution transmission electron microscopy reveals morphological and distributional changes of endomembrane compartments during log to stationary transition of growth phase in tobacco BY-2 cells. (2014)
  • 著者名/発表者名: Toyooka K, Sato M, Kutsuna N, Higaki T, Sawaki F, Wakazaki M, Goto Y, Hasezawa S, Nagata N, Matsuoka K
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 55 号: 9 ページ: 1544-1555
  • DOI: 10.1093/pcp/pcu084
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Increase in Invaginated Vacuolar Membrane Structure Caused by Plant Cell Expansion by Genotoxic Stress Induced by DNA Double-Strand Breaks (2014)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa J, Higaki T, Hamamura Y, Kurihara D, Kutsuna N, Higashiyama T, Hasezawa S, Matsunaga S
  • 雑誌名: ＣＹＴＯＬＯＧＩＡ 巻: 79 号: 4 ページ: 467-474
  • DOI: 10.1508/cytologia.79.467
  • NAID: 130004801651
  • ISSN: 0011-4545, 1348-7019
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dynamics and environmental responses of PATROL1 in Arabidopsis subsidiary cells. (2014)
  • 著者名/発表者名: Higaki, T., Hashimoto-Sugimoto, M., Akita, K., Iba, K., and Hasezawa, S.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 55 号: 4 ページ: 773-780
  • DOI: 10.1093/pcp/pct151
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Investigation of contamination in spinach collected immediately following the Fukushima Daiichi nuclear disaster (2013)
  • 著者名/発表者名: Hirota M, Higaki S, Higaki T, Hasezawa S
  • 雑誌名: Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｓａｆｅｔｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ 巻: 12 号: 2 ページ: 43-47
  • DOI: 10.12950/rsm.12.43
  • NAID: 130003388422
  • ISSN: 1347-1511, 1884-9520
  • 査読あり
• [雑誌論文] Breaking of the plant stomatal one-cell-spacing rule by sugar solution immersion. (2013)
  • 著者名/発表者名: Akita K, Hasezawa S, Higaki T
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 8 号: 9 ページ: e72456-e72456
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0072456
  • 査読あり
• [雑誌論文] Roles of cortical actin microfilament patterning in division plane orientation in plants. (2013)
  • 著者名/発表者名: Kojo KH, Higaki T, Kutsuna N, Yoshida Y, Yasuhara H, Hasezawa S
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 54 号: 9 ページ: 1491-1503
  • DOI: 10.1093/pcp/pct093
  • NAID: 10031202071
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Munc13-like protein in Arabidopsis mediates H+-ATPase translocation that is essential for stomatal responses (2013)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto-Sugimoto, M., Higaki, T., Yaeno, T., Nagami, A., Irie, M., Fujimi M., Miyamoto, M., Akita, K., Negi, J., Shirasu, K., Hasezawa, S. and Iba, K.
  • 雑誌名: Nature Commun. 巻: 4 号: 1 ページ: 2215-2215
  • DOI: 10.1038/ncomms3215
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] LIPS database with LIPService: a microscopic image database of intracellular structures in Arabidopsis guard cells. (2013)
  • 著者名/発表者名: Higaki T, Kustuna N, Hasezawa S
  • 雑誌名: BMC Plant Biology 巻: 13 号: 1 ページ: 81-81
  • DOI: 10.1186/1471-2229-13-81
  • 査読あり
• [学会発表] 子葉表皮細胞壁の輪局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（鹿児島県鹿児島市）
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] 細胞動態を理解するための画像解析とモデル解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 桧垣匠
  • 学会等名: 日本植物学会第80回大会
  • 発表場所: 沖縄コンベンションセンター（沖縄県那覇市）
  • 年月日: 2016-09-16
  • 招待講演
• [学会発表] A model jigsaw puzzle pattern formation by plant leaf epidermal cell wall. (2016)
  • 著者名/発表者名: Takumi Higaki, Natsumaro Kutsuna, Kae Akita, Hisako Takigawa-Imamura, Kenji Yoshimura, Seiichiro Hasezawa, Takashi Miura
  • 学会等名: The 57th Annual meeting of the Japanase Society of Plant Physiologists
  • 発表場所: Iwate University（Morioka city, Iwate Prefecture）
  • 年月日: 2016-03-18
• [学会発表] シロイヌナズナ葉表皮細胞における細胞壁湾曲機構の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 桧垣 匠, 今村 寿子, 秋田 佳恵, 朽名 夏麿, 馳澤 盛一郎, 三浦 岳
  • 学会等名: 日本植物学会第79回大会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟県新潟市）
  • 年月日: 2015-09-06
• [学会発表] 植物の細胞板形成を支える分子メカニズム (2015)
  • 著者名/発表者名: 笹部美和子,桧垣匠,大和田理恵,相田治寿,西田結花,馳澤盛一郎,町田泰則
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学世田谷キャンパス（東京都世田谷区）
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] 植物プロトプラストの細胞壁再生の時間的・空間的制御機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 横山隆亮,九鬼寛明,桧垣匠,竹内美和,馳澤盛一郎,西谷和彦
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学世田谷キャンパス（東京都世田谷区）
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] 気孔開口運動における表層微小管機能に関する再検証：膜交通因子PATROL1との関係 (2015)
  • 著者名/発表者名: 桧垣匠,橋本（杉本）美海,秋田佳恵,花俣繁,的場厚,馳澤盛一郎
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学世田谷キャンパス（東京都世田谷区）
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] タバコBY-2細胞を用いたErwinia carotovora培養濾過液誘導性細胞死における液胞単純化の観察 (2015)
  • 著者名/発表者名: 平川由美,桧垣匠,野村俊尚,馳澤盛一郎
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学世田谷キャンパス（東京都世田谷区）
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] スクロース水浸処理によりクラスター化した孔辺細胞における細胞内構造の検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 秋田佳恵,桧垣匠,馳澤盛一郎
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学世田谷キャンパス（東京都世田谷区）
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] 細胞画像認識の実際: 蛍光画像と電顕画像を例に (2014)
  • 著者名/発表者名: 桧垣匠
  • 学会等名: 東京理科大学イメージングフロンティアシンポジウム2014
  • 発表場所: 東京理科大学野田キャンパス（千葉県野田市）
  • 年月日: 2014-12-20
• [学会発表] 葉肉細胞プロトプラストの細胞壁再生系の開発とイメージング解析を利用した細胞壁構築過程の解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 九鬼寛明，桧垣匠,小浜大山,横山隆亮,篠原直貴,馳澤盛一郎,西谷和彦
  • 学会等名: 日本植物学会第78回大会
  • 発表場所: 明治大学生田キャンパス（神奈川県川崎市）
  • 年月日: 2014-09-12 – 2014-09-14
• [学会発表] 気孔複合体における膜交通制御因子ＰＡＴＲＯＬ1の動態解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 桧垣匠,橋本（杉本）美海,秋田佳恵,射場厚,馳澤盛一郎
  • 学会等名: 日本植物学会第78回大会
  • 発表場所: 明治大学生田キャンパス（神奈川県川崎市）
  • 年月日: 2014-09-12 – 2014-09-14
• [学会発表] ＤＮＡ損傷ストレスにおけるオーキシンの機能解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 長谷川淳子,桧垣匠,朽名夏麿,坂本卓也,綿引雅昭,馳澤盛一郎,松永幸大
  • 学会等名: 日本植物学会第78回大会
  • 発表場所: 明治大学生田キャンパス（神奈川県川崎市）
  • 年月日: 2014-09-12 – 2014-09-14
• [学会発表] スクロース水溶液水浸処理により形成される気孔クラスターの解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 秋田佳恵,桧垣匠,馳澤盛一郎
  • 学会等名: 日本植物学会第78回大会
  • 発表場所: 明治大学生田キャンパス（神奈川県川崎市）
  • 年月日: 2014-09-12 – 2014-09-14
• [学会発表] 透過型電子顕微鏡画像に基づく葉緑体微細構造異常の自動分類 (2014)
  • 著者名/発表者名: 桧垣匠,加藤綾,明賀史純,朽名夏麿,馳澤盛一郎,永田典子
  • 学会等名: 第23回日本バイオイメージング学会学術集会
  • 発表場所: 大阪大学銀杏会館（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2014-09-04 – 2014-09-06
• [学会発表] シロイヌナズナ子葉の表皮組織形成に対するセルラーゼ処理の影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 桧垣匠，秋田佳恵，朽名夏麿，馳澤盛一郎
  • 学会等名: 第55回日本植物生理学会
  • 発表場所: 富山大学五福キャンパス（富山県）
• [学会発表] 植物の気孔開閉を制御する膜交通因子の動態解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 桧垣匠
  • 学会等名: 東京理科大学イメージングフロンティアシンポジウム2013
  • 発表場所: 東京理科大学野田キャンパス（千葉県）
• [学会発表] 生細胞イメージングと画像情報処理による細胞骨格・オルガネラの動態解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 桧垣匠
  • 学会等名: 第22回日本バイオイメージング学会学術集会
  • 発表場所: 東京大学薬学部キャンパス（東京都）
  • 招待講演
• [学会発表] 電顕画像における注目構造の自動検索法の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 桧垣匠，朽名夏麿，馳澤盛一郎
  • 学会等名: 日本植物学会第77回大会
  • 発表場所: 北海道大学高等教育推進機構（北海道）
  • 招待講演
• [学会発表] Cell Wall and Skull Bone: Understanding Pattern Formation Dynamics using Mathematical Model (2013)
  • 著者名/発表者名: 桧垣匠，三浦岳
  • 学会等名: 第46回日本発生生物学会
  • 発表場所: 島根県立産業交流会館くにびきメッセ（島根県）
  • 招待講演
• [備考] 植物の細胞壁が外部刺激に応答する分子機構の一端を解明
  • URL: http://www.k.u-tokyo.ac.jp/info/entry/7_entry46/
• [備考] 植物の受精卵が偏る仕組みを発見
  • URL: http://www.k.u-tokyo.ac.jp/info/entry/22_entry522/
• [備考] 葉っぱと頭蓋骨の意外な関係？ ～植物細胞の変形を説明する新理論を確立～
  • URL: http://www.k.u-tokyo.ac.jp/info/entry/7_entry36/
• [備考] 新領域創成科学研究科ニュース「省力・低コストで電子顕微鏡画像からオルガネラを検出する方法を開発」
  • URL: http://www.k.u-tokyo.ac.jp/info/entry/7_entry24/
• [備考] 新領域創成科学研究科ニュース「植物病原細菌誘導性細胞死における新たな液胞膜動態を発見」
  • URL: http://www.k.u-tokyo.ac.jp/info/entry/7_entry23/
• [備考] 植物で発見された動物の神経伝達調節因子はどのような機能をもつか
  • URL: http://www.k.u-tokyo.ac.jp/info/entry/7_entry11/
• [備考] 砂糖水で植物の気孔がくっついた: 気孔分布パターンを変化させる栽培条件の発見
  • URL: http://www.k.u-tokyo.ac.jp/info/entry/7_entry12/