公募研究
新学術領域研究(研究領域提案型)
先端成長細胞の伸長過程では、伸長速度に周期的なオシレーションが見られるが、先端部の詳細な曲率動態やその変調により引き起こされると考えられる屈性の仕組みはトレースされていない。そこで本研究課題では、有機合成科学、マイクロデバイス技術、超解像イメージング技術など異分野技術を駆使して細胞の曲率変動解析を行うことにより、伸長速度と角度のみに依存してきた従来の先端成長の定量解析に新たなスタンダードを創出する。また、本解析法を用いて、光や化学物質などの環境刺激による先端成長細胞の屈曲時に誘導される変調を可視化し、植物環境応答戦略の理解に繋げる。
植物のかたち作りは、細胞分裂と細胞伸長の調節により決定される。細胞が全体的に伸長する分散成長に対し、細胞のごく一部が伸長する先端成長は、コケ植物やシダ植物では原糸体細胞、被子植物では花粉管や根毛など陸上植物共通に見られる伸長様式がある。先端成長細胞の伸長や屈性の解析は、伸長速度において周期的なオシレーションを示すことは知られているものの、これまで細胞の長さや角度計測という限られた情報のみで算出されてきた。本研究では、従来の計測方法では記述できない先端成長の性質を明らかにし、本解析を通じて従来の先端成長の定量解析に新たなスタンダードを創出することを目的とし研究を遂行した。具体的には、独自に新規開発した近赤外蛍光性細胞壁可視化プローブを活用した。この近赤外蛍光性細胞壁可視化プローブは、汎用の蛍光タンパク質だけでなく、クロロフィル自家蛍光とも容易に区別できる長波長発光性を示し、1300 nmのレーザーを利用して二光子イメージングによる深部イメージングにも利用できることを示した。また、ヒメツリガネゴケ先端細胞のライブイメージング解析により細胞形態変化を高精度に捉えることにも成功し、曲率変動解析に必要な二値化処理に十分なシグナルノイズ比で細胞輪郭を染色できることを明らかにした。また、研究協力者の協力のもと、直進する先端成長細胞の先端部の曲率変動解析を行い、先端部の曲率変動と曲率極大部の法線ベクトルを得ることに成功した。さらに、より多くの曲率変動周期データを蓄積させるため動体追尾システムを構築した。
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
すべて 2022 2021 2020 その他
すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 4件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 1件、 招待講演 10件) 備考 (1件)
Nature Communications
巻: 13 号: 1 ページ: 2533-2533
10.1038/s41467-022-30153-6
mBio
巻: 12 号: 2 ページ: 1-32
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Plant Reproduction
巻: 35 号: 1 ページ: 47-60
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BioRxiv
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巻: ー 号: 1 ページ: 2650-2650
10.1038/s41467-021-23019-w
Science
巻: 369 号: 6504 ページ: 698-702
10.1126/science.abc3710
https://www.nagoya-u.ac.jp/about-nu/public-relations/researchinfo/upload_images/20210512_itbm.pdf
