曲率変動解析を基軸とした先端成長細胞の伸長と屈性の機構解明

2023 年度 実績報告書

• 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: 22H04718
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 佐藤 良勝 名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 特任准教授 (30414014)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 先端成長

研究実績の概要

先端成長は、コケ植物やシダ植物では原糸体細胞、被子植物では花粉管や根毛など陸上植物共通に見られる伸長様式であり、先端成長細胞が周期的な速度変化を伴って伸長することは知られている。しかし、これまでの解析のほとんどは、細胞の長さや角度計測という限られた情報のみで伸長速度や屈性が評価されてきた。本研究では、イメージング技術を基盤に、有機合成科学、マイクロデバイス技術、画像解析技術など異分野技術を駆使して従来の先端成長の定量解析に新たなスタンダードを創出し、光や化学物質などの環境刺激による先端成長細胞の屈性を曲率変動の変調として記述し植物環境応答戦略の理解に繋げることを目標とした。
トレニアの花粉管、シロイヌナズナの根毛、ヒメツリガネゴケ原糸体細胞などの先端成長細胞の細胞壁をラベルに関して、独自に開発した近赤外蛍光性細胞壁可視化プローブを用いた観察系を確立した。特に、ヒメツリガネゴケ原糸体細胞では、曲率変動解析に必要な二値化処理に十分なシグナルノイズ比で細胞輪郭を染色されていることが確認でき、明瞭な先端部の曲率変動と曲率極大部の法線ベクトルを得ることに成功した。一方、本研究を進める過程において、先端成長細胞先端部の曲率変動周期性や変調を解析するには、視野内での周期数が不足するという課題も明らかになったため、先端成長細胞の先端部を追尾する動態追尾イメージング系の確立に注力した。その結果、トレニア花粉管の動体追尾は良好に機能するものの、根毛は伸長阻害が見られるケースが多く、ヒメツリガネゴケ原糸体では追尾に失敗するケースが多いことが分かってきた。さらに、先端部が視野内に収まっているものの追尾の正確性が不十分であるものについては、先端部を合わせる画像のアライメント調整を半自動化する解析方法を採用し正確な追尾解析を可能にした。

現在までの達成度 (段落)

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Plasma membrane damage limits replicative lifespan in yeast and induces premature senescence in human fibroblasts. (2024)
  • 著者名/発表者名: Kojiro Suda, Yohsuke Moriyama, Nurhanani Razali, Yatzu Chiu, Yumiko Masukagami, Koutarou Nishimura, Hunter Barbee, Hiroshi Takase, Shinju Sugiyama, Yuta Yamazaki, Yoshikatsu Sato, Tetsuya Higashiyama, Yoshikazu Johmura, Makoto Nakanishi & Keiko Kono
  • 雑誌名: Nat Agin 巻: 4 ページ: 319-335
  • DOI: 10.1038/s43587-024-00575-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Near-infrared imaging of phytochrome-derived autofluorescence in plant nuclei. (2024)
  • 著者名/発表者名: Akira Yoshinari, Reika Isoda, Noriyoshi Yagi, Yoshikatsu Sato, Jelmer J. Lindeboom, David W. Ehrhardt, Wolf B. Frommer, Masayoshi Nakamura
  • 雑誌名: Plant J 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1111/tpj.16699
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Root-knot nematode modulates plant CLE3-CLV1 signaling as a long-distance signal for successful infection. (2023)
  • 著者名/発表者名: Satoru Nakagami, Michitaka Notaguchi, Tatsuhiko Kondo, Satoru Okamoto, Takanori Ida, Yoshikatsu Sato, Tetsuya Higashiyama, Allen Yi-Lun Tsai, Takashi Ishida, and Shinichiro Sawa
  • 雑誌名: Sci Adv 巻: 9 ページ: eadf4803
  • DOI: 10.1126/sciadv.adf4803
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An ABCB transporter regulates anisotropic cell expansion via cuticle deposition in the moss Physcomitrium patens. (2023)
  • 著者名/発表者名: Liechi Zhang, Yuko Sasaki-Sekimoto, Ken Kosetsu, Tsuyoshi Aoyama, Takashi Murata, Yukiko Kabeya, Yoshikatsu Sato, Shizuka Koshimizu, Mie Shimojima, Hiroyuki Ohta, Mitsuyasu Hasebe, Masaki Ishikawa
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 241 ページ: 665-675
  • DOI: 10.1111/nph.19337
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Chemical screening for regulators of intracellular auxin dynamics (2024)
  • 著者名/発表者名: 青山 剛士、南保 正和、栗原 大輔、佐藤 綾人、土屋 雄一朗、佐藤 良勝
  • 学会等名: 第65回 日本植物生理学会年会
• [学会発表] マイクロ流路で顕在化する花粉管の潜在能力 (2023)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 良勝
  • 学会等名: 日本植物学会第87回大会
  • 招待講演
• [学会発表] ケージドプローブを用いたオーキシン細胞間移動の可視化 (2023)
  • 著者名/発表者名: 青山 剛士、南保 正和、Gwee Eunice、土方 優、佐藤 良勝、土屋 雄一朗
  • 学会等名: 日本植物学会第87回大会
• [学会発表] 葉切片ライブイメージングによるC4植物葉肉葉緑体凝集運動の解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 加藤 優太、大井 崇生、佐藤 良勝、谷口 光隆
  • 学会等名: 日本植物学会第87回大会
• [学会発表] 使用している検出器のスペックを知ろう (2023)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 良勝
  • 学会等名: 日本植物学会第87回大会 関連集会
  • 招待講演
• [学会発表] Observation of chloroplast movement in the C4 plant by live leaf-section imaging. (2023)
  • 著者名/発表者名: Yuta Kato, Takao Oi, Yoshikatsu Sato, Mitustaka Taniguchi
  • 学会等名: The 20th International Microscopy Congress
  • 国際学会
• [学会発表] 胚珠にある植物新組織の発見とその新組織を利用した新しい植物種子形成学の黎明 (2023)
  • 著者名/発表者名: 劉 暁燕、中島 耕大、伍 小燕、アドヒカリ パラカッシュ バブ、朱 紹威、岡田 健太郎、黒谷 賢一、石田 喬志、中村 匡良、佐藤 良勝、謝 礼洋、黄 陳、何 嘉楽、澤 進一郎、東山 哲也、野田口 理孝、笠原 竜四郎
  • 学会等名: 日本植物学会第87回大会
• [学会発表] 植物成長の自動監視のための深層学習に基づく根の長さ自動測定ツールの開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 王 成、鵜飼 優子、林 雄一郎、小田 昌宏、佐藤 良勝、森 健策
  • 学会等名: 日本植物学会第87回大会