研究課題
再生可能な資源である木材など木質バイオマスの有効利用のためには、材質を決定する樹木の二次木部細胞の分化過程、特に細胞壁高次構造の形成機構を解明することが不可欠である。そこで本研究課題では、厚い二次壁と有縁壁孔やせん孔など複雑な修飾構造を形成し、仮道管や道管要素などに形態が類似した二次木部様の管状要素を樹木の培養細胞から直接誘導する新規モデル系を駆使し、細胞壁構造や細胞壁成分のパターン形成機構を明らかにする。特に、セルロース・ミクロフィブリルの配向や局在を制御すると考えられている細胞骨格の動的変化のリアルタイムイメージング解析や分化や細胞死特異的に発現する遺伝子の解析を主目的としている。そこで、交雑ポプラのシュート、葉、未成熟種子、などからカルスを誘導・増殖させ、脱オーキシン処理になどにより二次木部様細胞への直接誘導条件の確立を行った。培地より定期的に細胞塊を取り出し、共焦点レーザ走査顕微鏡で細胞の形態を調べたところ、二次壁の局部的な堆積が起こり、二次壁にはリグニンが選択的に沈着していた。カルスから管状要素への誘導率を向上させるために一時的な乾燥処理を行ったところ、誘導培地にブラシノステロイドを加えた条件において管状要素への誘導率が約3倍増加した。また、オーキシン輸送阻害剤を培地に入れたところ管状要素への誘導が阻害されたことから、オーキシンの極性移動が管状要素への分化に必須といえる。一方、培養細胞にGFP融合タンパク質を発現させて微小管付随タンパク質の動的挙動を解析したところ、二次壁が堆積する位置では、微小管由来の蛍光シグナルが同じく局在して観察された。微小管は、壁孔形成領域では壁孔部分の周りに円状に局在し、時間の経過に伴い円の中心部分に向かうように収縮した。したがって、微小管の局在や配向の変化が細部壁の複雑な構造を動的に制御しているといえる。
2: おおむね順調に進展している
本年度の研究目的は、樹木の培養細胞から直接二次木部様細胞を誘導するモデル系の確立と微小管など細胞骨格を動的に解析することである。現在までの研究により、交雑ポプラやスギなどの針葉樹の培養細胞から細胞全体に厚い細胞壁を堆積し有縁壁孔を有する管状要素が誘導された。植物ホルモンであるブラシノステロイドと乾燥処理により管状要素への誘導率も向上した。また、紫外線顕微鏡法や各種染色法により、細胞壁に沈着するリグニンの局在も観察することができた。さらに、GFP-MAP4導入培養細胞において微小管の配向変化を連続的に解析することができたことから、順調に研究が進んでいると評価した。
二次木部様細胞への直接誘導系の効率のさらなる向上を行い、複雑な構造を有する細胞壁形成過程における微小管やアクチンなど細胞骨格の連続的な解析を単一細胞で行い、細胞壁形成機構の新たなモデルを作成する。さらに、誘導された管状要素の細胞壁に堆積するセルロースミクロフィブリルの配向や細胞壁成分を組織化学的に解析する。また、管状要素の二次壁に沈着するリグニンを組織化学的方法で解析し、リグニンが細胞壁に局在して沈着する過程を動的に明らかにし、細胞壁高次構造の形成機構を明らかにする予定である。また、カルスから管状要素への誘導過程に特異的に発現する遺伝子の解析も行う予定である。
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Annals of Botany
巻: 117 ページ: 465-477
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Journal of Wood Science
巻: 61 ページ: 455-464
10.1007/s10086-015-1487-6
http://web.tuat.ac.jp/~keisei/
http://kenkyu-web.tuat.ac.jp/Profiles/1/0000023/profile.html
