陸上植物における螺旋形精子形成機構の研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14654171
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 宮村 新一 筑波大学, 生物科学系, 講師 (00192766)
• キーワード: 陸上植物 / 精子 / 鞭毛装置 / 多層構造体 / スプライン / 配偶子 / 有性生殖

研究概要

陸上植物進化系列の精子はスプライン多層構造体の存在と螺旋形態を特徴としている。このような鞭毛装置について分子レベルでの解析の道を開くために、シダ植物カニクサ精子形成変異株an-1株を用いて鞭毛装置の単離と鞭毛装置特異的なタンパク質の同定を行った。なお、この変異株は多量の精子を作り続けるために、これまで、陸上植物精子を研究する上でネックになっていた、精子を多量に集めることができないという問題点を解決できた。今年度は、単離した鞭毛装置に対するモノクローナル抗体を作製し、鞭毛装置特異的タンパク質の造精器、精子細胞内での分布を間接蛍光抗体法、免疫電子顕微鏡法などにより解析した。単離鞭毛装置は多数の鞭毛軸糸や基底小体、スプラインの主成分であるチューブリンを主として多数のタンパク質から構成されているが、その中から42、41,43KDの鞭毛装置特異的タンパク質に対するモノクローナル抗体を作製し精子における分布を調べた。これらのタンパク質はいずれも精子の螺旋に沿って分布しそれ以外の場所には認められなかった。免疫電子顕微鏡法でさらに詳細に調べると42KDのタンパク質は多層構造体の最上層であるS1層の上に分布する電子密度の高い領域オスミオフィリッククレストに、41、43KDのタンパク質はスプラインジョウで基底小体の周囲を覆っているエンベッディングマテアリアルに分布した。さらに精子形成過程についてこれらのタンパク質の挙動を間接蛍光抗体法で解析したところ、42KDのタンパク質は精細胞が形成されると細胞質全体に出現したが、やがてスプラインが伸長し螺旋形生が始まる頃に、鞭毛装置先端部にあるオスミオフィリッククレストが形成される場所に出現した。そして、螺旋形の形成と共に螺旋に沿って分布するようになった。これに対して、41、43KDのタンパク質は、精子完成直前に、鞭毛装置に付属する電子密度の高い物質が凝縮した後に出現し、それ以前には認められなかった。このように3種の鞭毛装置特異的なタンパク質の挙動はそれぞれ異なっており、鞍毛装置が形成される過程が非常に複雑であることを反映しているように考えられる。

研究成果

• [文献書誌] Sakaushi, S, Okoshi, M, Miyamura, S, Hori, T: "Swimming behavior and ultrastructure of sperm of Lygodium japonicum (Pteridophyta)"Sex Plant Reprod. 16. 113-122 (2003)
• [文献書誌] Matsunaga, S, Watanabe, S, Sakaushi, S, Miyamura, S, Hori, T: "Screening effect diverts the swimming directions from diaphototactic to positive phototactic in a disk-shaped green flagellate Mesostigma viride."Photochemistry and Photobiology. 77. 324-332 (2003)
• [文献書誌] Sakaushi, S, Mizutani, T, Miyamura, S, Hori T: "Isolation of the MLS-type flagellar apparatus from the an-1 mutant of fern Lygodium japonicum and its preliminary immunological analysis"Cytologia. 68. 271-281 (2003)
• [文献書誌] Miyamura, S.: "Eyespot behavior during the fertilization of gametes in Ulvalean alga Entermorpha compressa (Linnaeus) Nees revealed by・・・"Cytologia. 68. 173-176 (2003)
• [文献書誌] Miyamura, S: "Eyespot behavior during the fertilization of gametes in Ulva arasakii Chihara (Ulvophyceae, Chlorophyta)"Phycological Research. 51. 143-146 (2003)