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2022 年度 実績報告書

細胞極性の自律周期的形成とその変調が導出するオーキシン極性輸送システム

公募研究

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 22H04708
研究機関北海道大学

研究代表者

楢本 悟史  北海道大学, 理学研究院, 准教授 (30612022)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2024-03-31
キーワードオーキシン / 極性 / PIN / 相分離 / クラスター / 進化
研究実績の概要

種子植物は細胞分裂を繰り返して発生・成長をする。発生・成長に際しては、細胞極性や体軸の構築が必須であるが、種子植物では、オーキシンが極性輸送されることで、体軸が構築される。また、オーキシン流路は細胞において偏在するオーキシン排出トランスポーターPINにより決定される。 PINは細胞分裂直後、一過的に誤局在をするが、その後、偏在が再構築される。すなわち、細胞分裂を通して、周期的に偏在が再構築される。以上の発生・成長様式に加え、植物は器官を構築する過程や、光・重力などの環境に応答する際にオーキシン流路が変化する。本研究では、これらの様式をオーキシン流路形成の周期性と変調と捉え、研究を行った。周期性に関しては、細胞分裂時のPINの挙動について詳細な解析を行ったところ、PINが細胞分裂期に多量体様のクラスター構造を周期的に形成することが明らかになった。このクラスター構造は、細胞分裂直後では未形成であるが、細胞分裂後しばらくすると、クラスターが再構築されることが明らかになった。また、このクラスター構造は、生物学的相分離の様式を経て形成されることを示唆する結果も得られた。相分離で形成される構造体は、イオン強度の変化やリン酸化状態に応じて、構造体の形成・解離が引き起こされる。そこで、これらの関与を調べたところ、塩イオン濃度の変化に応じて、クラスターの量が低下する可能性が示唆された。加えて、本現象が植物体の生命現象、たとえば塩屈性と直接関係があるかどうかについても解析を行った。また、重力屈性も塩屈性と類似した現象であり、PINクラスター形成の制御の下で、発動する可能性がある。そこで、塩屈性に加え、重力屈性過程のクラスターの挙動の観察も行った。その結果、再現性などを今後確認する必要はあるが、クラスター形成と屈性には密接な関連があることが示唆された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

塩屈性や重力屈性をリアルタイムで観察する実験系の確立が容易ではなかったため、実験が遅れました。本来は塩屈性や重力屈性を共焦点レーザー顕微鏡下で誘導することを試みたが、その条件検討に時間がかかった。厳密には、未だ改善の余地のある実験系のままになっている。そこで、まずは、リアルタイムのトラッキング観察ではなく、刺激の前後でサンプルを固定し、それらの植物を用いた細胞生物学的解析を行った。

今後の研究の推進方策

塩屈性や重力屈性をリアルタイムで観察する実験系の確立を目指す。それには、共焦点レーザー顕微鏡を横倒しをすることが必要であるが、これまでに観察過程でのステージの安定性に問題があった。今後、安定性を担保できるジグを導入することで、対応していきたい。また、塩屈性を誘導するにあたり、マイクロ流路デバイスを利用する予定である。塩屈性を制御するマイクロデバイス自体は、これまでに報告があるため、それを参考に作成したい。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (3件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件、 招待講演 3件)

  • [国際共同研究] IST Austria(オーストリア)

    • 国名
      オーストリア
    • 外国機関名
      IST Austria
  • [国際共同研究] University of Lausanne(スイス)

    • 国名
      スイス
    • 外国機関名
      University of Lausanne
  • [雑誌論文] Identification of a novel viral factor inducing tumorous symptoms by disturbing vascular development in planta2023

    • 著者名/発表者名
      Atsumi Go、Naramoto Satoshi、Nishihara Masahiro、Nakatsuka Takashi、Tomita Reiko、Matsushita Yosuke、Hoshi Nobue、Shirakawa Asuka、Kobayashi Kappei、Fukuda Hiroo、Sekine Ken-Taro
    • 雑誌名

      Journal of Virology

      巻: 97 ページ: -

    • DOI

      10.1128/jvi.00463-23

  • [雑誌論文] Zinc homeostasis governed by Golgi-resident ZnT family members regulates ERp44-mediated proteostasis at the ER-Golgi interface2023

    • 著者名/発表者名
      Amagai Yuta、Yamada Momo、Kowada Toshiyuki、Watanabe Tomomi、Du Yuyin、Liu Rong、Naramoto Satoshi、Watanabe Satoshi、Kyozuka Junko、Anelli Tiziana、Tempio Tiziana、Sitia Roberto、Mizukami Shin、Inaba Kenji
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 14 ページ: -

    • DOI

      10.1038/s41467-023-38397-6

  • [雑誌論文] Control of vegetative reproduction in Marchantia polymorpha by the KAI2-ligand signaling pathway2023

    • 著者名/発表者名
      Komatsu Aino、Kodama Kyoichi、Mizuno Yohei、Fujibayashi Mizuki、Naramoto Satoshi、Kyozuka Junko
    • 雑誌名

      Current Biology

      巻: 33 ページ: 1196~1210

    • DOI

      10.1016/j.cub.2023.02.022

  • [学会発表] オーキシンとPINは如何にして植物の体の形を決めるように進化してきたのか?2023

    • 著者名/発表者名
      楢本悟史、末満寛太、藤田知道
    • 学会等名
      日本植物学会
    • 招待講演
  • [学会発表] How do auxin and PINs evolve to determine plant morphology?2023

    • 著者名/発表者名
      末満寛太、楢本悟史
    • 学会等名
      日本分子生物学会
    • 招待講演
  • [学会発表] Cell polarity establishment and maintenance by NPH3-like protein-mediated PIN cluster formation in land plants2022

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Naramoto
    • 学会等名
      国際ウェビナーシリーズ from cellular dynamics to morphology III
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2024-12-25  

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