環境感覚の解明をめざした透過電子顕微鏡法によるオミクス解析

• 研究領域: 植物の環境感覚：刺激受容から細胞応答まで
• 研究課題/領域番号: 25120727
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 日本女子大学
• 研究代表者: 永田 典子 日本女子大学, 理学部, 教授 (40311352)
• 研究期間 (年度): 2013-06-28 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円); 2014年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2013年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
• キーワード: 電子顕微鏡 / オルガネラ / シロイヌナズナ / オミクス / 葉緑体 / 画像分類 / 突然変異体 / 網羅的解析

研究実績の概要

ポストゲノム時代において、様々な網羅的情報の解析（オミクス研究）が進められてきたが、透過電子顕微鏡（TEM）をオミクス研究に用いることはこれまでほとんどなかった。本研究は、TEMを用いたオミクス解析を提案するものであり、以下の２つの目的を掲げた。１つ目は、葉緑体突然変異体の葉緑体を網羅的にTEM観察し、遺伝子と葉緑体構造の関係性等を示すことである。２つ目は、組織・器官全体に渡る広域TEM像取得法の開発と、電顕アトラスの公開である。また、並行してオルガネラ分類法・自動識別法の開発を進めることで、TEMレベルのオルガネラの構造変化を統計学的及び総括的に処理することも目指した。
１．葉緑体突然変異体の網羅的なTEM観察
葉緑体タンパク質をコードする核遺伝子にタグが挿入されたシロイヌナズナ突然変異体に対して網羅的TEM観察を行い、Web上のデータベースにTEM像も含めて情報を公開した。見た目からだけではわからない色素体内部の構造異常や特徴を多数見つけた。クロロフィルa/bの量比とチラコイド量比との間の法則性や、遺伝子機能と葉緑体構造との関係性等についての情報を得た。多くの葉緑体TEM像を客観的な分類や統計処理に活用することをめざし、各変異体の葉緑体TEM像の自動分類法の確立を行った。
２．広域TEM像取得法によるオルガネラ解析
超広域のTEM画像を全自動で取得することに成功した。さらに、広域TEM像からのオルガネラ自動認識法を確立した。この広域TEM像取得法を用いて、シロイヌナズナ茎頂における高温および低温ストレス時の変化や、維管束における高CO2時の変化等を解析した。また、植物の生活環を通してのオルガネラ変化を総合的に捉えるために、シロイヌナズナの葉・胚・葯・根などの種々の組織・器官の広域TEM像の収集を進め、植物電顕アトラスとしてWebサイト上に公開した（現在は限定的公開）。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [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] Automatic classification of chloroplast ultrastructure mutants with transmission electron microscopy. (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Higaki, A. Kato, F. Myouga, N. Kutsuna, S. Hasezawa, N. Nagata
  • 雑誌名: Bioimages 巻: 印刷中
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Integrated analysis of transcriptome and metabolome of Arabidopsis albino or pale green mutants with disrupted nuclear-encoded chloroplast proteins. (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Satou, H. Enoki, A. Oikawa, D. Ohta, K. Saito, T. Hachiya, H. Sakakibara, M. Kusano, A. Fukushima, K. Saito, M. Kobayashi, N. Nagata, F. Myouga, K. Shinozaki, R. Motohashi
  • 雑誌名: Plant Molecular Biology 巻: 85 号: 4-5 ページ: 411-428
  • DOI: 10.1007/s11103-014-0194-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [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] Photoassimilation, assimilate translocation and plasmodesmal biogenesis in the source leaves of Arabidopsis thaliana grown under an increased atmospheric CO2 concentration. (2014)
  • 著者名/発表者名: Z. Duan, A. Homma, M. Kobayashi, N. Nagata, Y. Kaneko, Y. Fujiki, I. Nishida
  • 雑誌名: Plant Cell Physiology 巻: 55 号: 2 ページ: 358-369
  • DOI: 10.1093/pcp/pcu004
  • 査読あり
• [雑誌論文] OsATG7 is required for autophagy-dependent lipid metabolism in rice postmeiotic anther development (2014)
  • 著者名/発表者名: Takamitsu Kurusu, Tomoko Koyano, Shigeru Hanamata, Takahiko Kubo, Yuhei Noguchi, Chikako Yagi, Noriko Nagata, Takashi Yamamoto, Takayuki Ohnishi, Yozo Okazaki, Nobutaka Kitahata, Daichi Ando, Masaya Ishikawa, Shinya Wada, Akio Miyao, Hirohiko Hirochika, Hiroaki Shimada, Amane Makino, Kazuki Saito, Hiroyuki Ishida, Tetsu Kjnoshita, Nori Kurata and Kazuyuki Kuchitsu^*
  • 雑誌名: Autophagy 巻: 10(5) 号: 5 ページ: 878-888
  • DOI: 10.4161/auto.28279
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Phosphatidylglycerol biosynthesis is required for the development of embryos and normal membrane structures of chloroplasts and mitochondria in Arabidopsis. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ryo Tanoue, Megumi Kobayashi, Kenta Katayama, Noriko Nagata, Hajime Wada
  • 雑誌名: FEBS Letters 巻: (掲載確定) 号: 9 ページ: 1680-1685
  • DOI: 10.1016/j.febslet.2014.03.010
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 対数増殖期および定常状態期におけるタバコ培養細胞内オルガネラの超微形態変化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 豊岡公徳、佐藤繭子、若崎眞由美、朽名夏麿、永田典子、松岡健
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農大、東京
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] Chemical phenomics for biomass engineering (2015)
  • 著者名/発表者名: 267)栗原（大窪）恵美子, 栗原志夫, 大谷美沙都, 朽名夏麿, 永田典子, 小林恵, 小松功典, 菊地淳, 掛川弘一, Ong WenDee, 松井南
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農大、東京
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
  • 招待講演
• [学会発表] Challenge to Organellomics by the Transmission Electron Microscopy. (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Nagata, A. Kato, F. Sawaki, M. Kobayashi, M. Sato, T. Higaki, N. Kutsuna, S. Hasezawa, F. Myouga and K. Toyooka
  • 学会等名: The 2nd International Symposium on Plant Environmental Sensing
  • 発表場所: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Tokyo, Japan
  • 年月日: 2015-03-13 – 2015-03-15
• [学会発表] 植物TEM試料作製法の具体的事例とオミクス研究への展開 (2014)
  • 著者名/発表者名: 永田典子
  • 学会等名: 第14回医学生物学電子顕微鏡シンポジウム
  • 発表場所: 幕張，帝京平成大学
  • 年月日: 2014-12-20
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞壁を変性させる低分子化合物の同定・解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 265)栗原（大窪）恵美子, 栗原志夫, 大谷美沙都, 小林恵, 永田典子, 小松功典, 菊地淳, 掛川弘一, 出村拓, 松井南
  • 学会等名: 日本植物学会第78回大会
  • 発表場所: 明大、神奈川
  • 年月日: 2014-09-12 – 2014-09-14
• [学会発表] 広域TEM像取得システムを用いたタバコ培養細胞のオルガネラ定量解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 豊岡公徳、佐藤繭子、若崎眞由美、朽名夏麿、永田典子、松岡健
  • 学会等名: 日本植物形態学会第26回大会
  • 発表場所: 明大、神奈川
  • 年月日: 2014-09-11
• [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回バイオイメージング学会
  • 発表場所: 大阪大学、大阪
  • 年月日: 2014-09-04 – 2014-09-06
• [学会発表] 広域TEM像取得システムと高圧凍結技法を用いた細胞内輸送系膜区画の超微形態解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 豊岡公徳、佐藤繭子、朽名夏麿、若崎眞由美、澤木史江、桧垣匠、馳澤盛一郎、永田典子、松岡健
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会第70回記念学術講演会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場、東京
  • 年月日: 2014-05-11 – 2014-05-13
• [学会発表] 広域TEM画像取得法の開発と茎頂オルガネラ地図作成への応用. (2013)
  • 著者名/発表者名: 澤木史江、小林恵、佐藤繭子、朽名夏麿、桧垣匠、馳澤盛一郎、豊岡公徳、永田典子
  • 学会等名: 日本植物学会第77回大会
  • 発表場所: 北海道、北大
• [学会発表] 葉緑体突然変異体の透過電子顕微鏡画像のデータベース構築. (2013)
  • 著者名/発表者名: 加藤綾、明賀史純、秋山顕治、小林恵、櫻井哲也、篠崎一雄、永田典子
  • 学会等名: 日本植物学会第77回大会
  • 発表場所: 北海道、北大