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2021 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 / 細胞伸長 / ライブイメージング
研究実績の概要

受精卵は多細胞生物における個体発生の原点である。しかし植物では、受精卵や初期胚が体軸形成を行う過程において、細胞内でどのような変化が起こるのか、特に、周期的な動態がどのように変調・制御されるのか、ほとんど分かっていなかった。その理由としては、被子植物の花の奥深くに存在する受精卵や胚を生きたまま観察する手法がなかったことと、従来の遺伝学的スクリーニングは、致死性や冗長性のために鍵遺伝子を見出すには不充分だった点が挙げられる。そんななか、研究代表者らはシロイヌナズナを用いて、細胞内動態の詳細なライブイメージングを進めた。特に、精細胞と卵細胞の融合点と受精卵の成長方向と一致するかを調べるために、まず精細胞の最外層を高輝度に蛍光標識するマーカー株を作出した(Shiba et. al., 2023)。この精細胞マーカーと卵細胞の細胞膜を標識した株を掛け合わせ、受精後の動態を詳細にライブイメージングした結果、精細胞と卵細胞が融合した部位に精細胞膜の残骸が持続的に観察され、精細胞侵入点の位置を追跡可能であることが判明した。この点を画像解析によって詳細にトラッキングした結果、受精卵の細胞成長点と一致することが判明した。さらに、受精卵の細胞膜と核を蛍光標識した株についてもライブイメージングを行い、精緻に定量化した結果、受精卵は一定の速度で細胞伸長したあと、一過的に速度を増加させた後に非対称分裂するという、変調を経ることを見出した(Kang et. al., 2023)。加えて、受精卵のライブイメージング系を用いて化合物スクリーニングを行った結果、微小管の配向変化を乱すことで核の分裂を阻害する薬剤や、細胞板の形成不全を引き起こすことで細胞質分裂を阻害する薬剤を得た。これら薬剤の標的候補も探索した結果、キネシンなどの細胞骨格制御因子を見出した(Kimata et. al., 2023)。

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駆使し、さまざまな動態と変化を見出して成果発表に至った。加えて、化合物スクリーニングによって得られた薬剤や因子の解析も順調に進行しており、新たな機構が明らかになりつつある。

今後の研究の推進方策

見出した事象や制御因子の役割を詳細に検討する。具体的には、受精卵の細胞伸長速度が変調させる時期と細胞周期進行が一致するかや、見出した薬剤が微小管配向に及ぼす影響を詳細にライブイメージングするとともに、画像解析手法も駆使して定量的に判定する。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (1件) (うち招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Wageningen University(オランダ)

    • 国名
      オランダ
    • 外国機関名
      Wageningen University
  • [雑誌論文] Coordinate Normalization of Live-Cell Imaging Data Reveals Growth Dynamics of the <i>Arabidopsis</i> Zygote2023

    • 著者名/発表者名
      Kang Zichen、Matsumoto Hikari、Nonoyama Tomonobu、Nakagawa Sakumi、Ishimoto Yukitaka、Tsugawa Satoru、Ueda Minako
    • 雑誌名

      Plant And Cell Physiology

      巻: 64 ページ: 1279~1288

    • DOI

      10.1093/pcp/pcad020

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Novel inhibitors of microtubule organization and phragmoplast formation in diverse plant species2023

    • 著者名/発表者名
      Kimata Yusuke、Yamada Mo?、Murata Takashi、Kuwata Keiko、Sato Ayato、Suzuki Takamasa、Kurihara Daisuke、Hasebe Mitsuyasu、Higashiyama Tetsuya、Ueda Minako
    • 雑誌名

      Life Science Alliance

      巻: 6 ページ: -

    • DOI

      10.26508/lsa.202201657

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Behavior of Male Gamete Fusogen GCS1/HAP2 and the Regulation in Arabidopsis Double Fertilization2023

    • 著者名/発表者名
      Shiba Yuka、Takahashi Taro、Ohashi Yukino、Ueda Minako、Mimuro Amane、Sugimoto Jin、Noguchi Yuka、Igawa Tomoko
    • 雑誌名

      Biomolecules

      巻: 13 ページ: 208~208

    • DOI

      10.3390/biom13020208

    • 査読あり
  • [学会発表] Live-cell imaging of body axis formation in plant embryos.2022

    • 著者名/発表者名
      Ueda M.
    • 学会等名
      Japan-Singapore Joint Meeting 2022
    • 招待講演
  • [備考] 東北大学生命科学研究科植物細胞動態分野

    • URL

      http://www.lifesci.tohoku.ac.jp/PlantCellDyn/

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公開日: 2023-12-25  

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