| 研究課題/領域番号 |
25711017
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
桧垣 匠 東京大学, 新領域創成科学研究科, 特任助教 (90578486)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 気孔 / 二酸化炭素 / 葉表皮細胞 / バイオイメージング / シロイヌナズナ / 形態計測 / 画像クラスタリング / 数理モデル |
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| 研究実績の概要 |
本申請研究はシロイヌナズナ子葉をモデル材料として，高CO2条件における葉表皮組織の気孔分化・表皮細胞形態形成を定量的かつ統計的に検討することを目指している．二年目に当たる本年度は昨年度に確立した顕微鏡画像解析フレームワークを用いて，380 ppm および1000 ppm CO2条件において栽培したシロイヌナズナ子葉を発生段階を追って細胞形状と気孔分化を広域顕微鏡画像解析により葉全域で比較検討した．これにより高CO2条件下でサテライトメリステモイドが高頻度に生じることが示された．また，サテライトメリステモイド形成が亢進することが報告されているDNA複製ライセンシング因子CDC6過剰発現体では，高CO2条件におけるサテライトメリステモイド形成が野生株と比較して過剰に促進することが判明した．以上の結果から，CDC6依存的なDNA複製の亢進が高CO2条件下におけるサテライトメリステモイド形成の主たる要因である可能性が示唆された．これを詳細に検討するため，EdUを用いたDNA複製の可視化実験系の確立に取り組んだ．次年度以降，高CO2が葉表皮組織におけるDNA複製に及ぼす影響を可視的に捉える予定である．
また，数理モデルの専門家との共同研究により葉表皮細胞の湾曲を実現する数理モデルを確立するとともに，葉表皮細胞の湾曲に異常が認められるkor1変異体およびセルラーゼ処理区の葉表皮組織画像を取得した．さらに，葉表皮細胞の細胞壁の硬さが細胞湾曲の必要要件である可能性を検討するために，原子間力顕微鏡による葉表皮組織の型さ測定の手法を検討した．以上の研究を効率的に推進するため，植物の栽培管理を担当する実験補助者一名と顕微鏡画像撮影および画像解析を担当する博士研究員一名を雇用した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
「研究実績の概要欄」に述べた通り，申請時の研究目標を達成することができた．特筆すべきは，共同研究として進めている葉表皮細胞の湾曲に関する数理モデル解析に関して，界面方程式モデルおよび力学モデルの両方のモデルにおいてモデル実験・実際の細胞実験による知見が著しく蓄積したことである．これを受けて，現在，三篇の論文原稿を執筆している．以上の状況を踏まえて，本申請研究は当初の計画以上の進展していると言える．
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| 今後の研究の推進方策 |
本計画でこれまでに確立した顕微鏡画像解析フレームワークを活用して，異なる二酸化炭素濃度で栽培したシロイヌナズナ子葉表皮の細胞輪郭画像を継続的に取得する．加えて，EdU染色によるDNA合成の可視化系を確立し，葉表皮組織におけるDNA合成に高CO2が及ぼす影響を検討する．
葉表皮細胞の形態形成に関しては原子間力顕微鏡による力学測定および数理モデル解析により細胞壁の硬さが細胞壁湾曲に必要な要件か否かを検討する．その上で必要に応じて高CO2条件で栽培した葉表皮組織の細胞壁の力学測定を実施する予定である．一連の解析により，高CO2環境に曝された植物における気孔の発生と機能に対する理解が深まることが期待される．
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