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2019 年度 実績報告書

受精卵の周期的動態が非対称性と体軸を生み出す原理の解明

計画研究

研究領域細胞システムの自律周期とその変調が駆動する植物の発生
研究課題/領域番号 19H05676
研究機関東北大学

研究代表者

植田 美那子  東北大学, 生命科学研究科, 教授 (20598726)

研究期間 (年度) 2019-06-28 – 2024-03-31
キーワード植物受精卵 / ライブイメージング / 周期変化
研究実績の概要

受精卵は個体発生の原点である。しかし植物では、受精卵内部でどのような因子が、どのような現象を制御するのか、いまだほとんど分かっていない。その大きな要因として、花の奥深くに存在する受精卵において、細胞内部を生きたまま観察する手法がなく、細胞内で生じる微細な現象、特に周期的に変化する動態を捉えることが困難であることがあった。そんななか、研究代表者らはシロイヌナズナを用いて、植物の受精卵の内部を高精細にライブイメージングできる方法論を構築し、主要なオルガネラの一つであるミトコンドリアが、細胞周期の進行に応じて形態を変化させることを見出した(Kimata et al, 2020)。受精後にミトコンドリアはアクチン繊維に沿って縦に長く連なった構造をとり、受精卵の上側に偏るが、細胞周期が進行して核分裂期に入ると、この連なりが一過的に解消されて点状のミトコンドリアに変化する。さまざまな阻害剤や画像解析を用いた検討によって、このようなミトコンドリアの形状や分布のダイナミックな変化が、受精卵の非対称性や体軸の構築と不可分の現象であることも示唆された。さらに、未受精卵が作られる際の細胞内動態の可視化や、受精後に働く遺伝子の解析も進めたことで、植物の受精後に起こる現象や仕組みについて理解が深まった(Susaki et al, 2021; Antunez-Sanchez et al, 2020)。得られた成果について、学術誌で公表するだけでなく、多くの国内外の学会やセミナーでも発表し、大きな反響を得た。

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

研究代表者らが独自に立ち上げた植物受精卵の精緻なライブイメージング系を用いて、受精卵内部で周期的に変化する事象を見出し、その役割を突き止めるに至った。また、すでに成果として報告したミトコンドリアの他にも、いくつかの周期変化する事象を見出しており、現在進めている詳細な解析によって、受精卵の非対称化や体軸形成と連動した機構が明らかになりつつある。

今後の研究の推進方策

受精卵の内部で周期変化するさまざまな事象群について、トランスクリプトーム解析によって制御因子を探るとともに、ライブイメージングと画像解析とを組み合わせて定量化を進める。得られた数値を元に、領域内の他班と連携して数理モデルを構築し、細胞内の周期変化が細胞形態の非対称化、ひいては不等分裂を介して体軸形成に表出する原理を探る。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] Institute of Plant Sciences Paris Saclay(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      Institute of Plant Sciences Paris Saclay
  • [国際共同研究] University of Warwick(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      University of Warwick
  • [国際共同研究] Max Planck Institute(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      Max Planck Institute
  • [雑誌論文] Dynamics of the cell fate specifications during female gametophyte development in Arabidopsis2021

    • 著者名/発表者名
      Susaki Daichi、Suzuki Takamasa、Maruyama Daisuke、Ueda Minako、Higashiyama Tetsuya、Kurihara Daisuke
    • 雑誌名

      PLOS Biology

      巻: 19 ページ: 3001123~3001123

    • DOI

      10.1371/journal.pbio.3001123

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Mitochondrial dynamics and segregation during the asymmetric division of Arabidopsis zygotes2020

    • 著者名/発表者名
      Kimata Yusuke、Higaki Takumi、Kurihara Daisuke、Ando Naoe、Matsumoto Hikari、Higashiyama Tetsuya、Ueda Minako
    • 雑誌名

      Quantitative Plant Biology

      巻: 1 ページ: -

    • DOI

      10.1017/qpb.2020.4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A new role for histone demethylases in the maintenance of plant genome integrity2020

    • 著者名/発表者名
      Antunez-Sanchez Javier、Naish Matthew、Ramirez-Prado Juan Sebastian、Ohno Sho、Huang Ying、Dawson Alexander、Opassathian Korawit、Manza-Mianza Deborah、Ariel Federico、Raynaud Cecile、Wibowo Anjar、Daron Josquin、Ueda Minako、Latrasse David、Slotkin R Keith、Weigel Detlef、Benhamed Moussa、Gutierrez-Marcos Jose
    • 雑誌名

      eLife

      巻: 9 ページ: -

    • DOI

      10.7554/eLife.58533

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Live imaging of asymmetric cell division of plant zygote.2020

    • 著者名/発表者名
      Kimata Y., Higaki T., Kurihara D., Higashiyama T., Ueda M.
    • 学会等名
      第43回日本分子生物学会年会
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Live-cell imaging from zygote polarization to embryo patterning in plant.2020

    • 著者名/発表者名
      Ueda M., Kimata Y., Tanaka S., Higaki T., Kurihara D., Higashiyama T
    • 学会等名
      日本発生生物学会
    • 招待講演
  • [備考] 植物の卵細胞がつくられる様子を生きたまま観察することに成功

    • URL

      https://www.yokohama-cu.ac.jp/news/2020/202103maruyama_PLOSBiol.html

  • [備考] 植物の受精卵が非対称にミトコンドリアを分配する仕組みを発見

    • URL

      https://www.lifesci.tohoku.ac.jp/research/results/detail---id-49726.html

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公開日: 2021-12-27  

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