Imaging analysis of diversity expression of three dimensional structure of cell wall in trees

树木细胞壁三维结构多样性表达的成像分析

基本信息

批准号：
21H02253
负责人：
船田良
金额：
$ 11.07万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

再生可能な資源である木材など樹木が生産する木質バイオマスの高度有効利用は、循環型社会を構築し、SDGsの達成、パリ協定の遵守、バイオエコノミーの推進などにも貢献する。木材の高度有効利用のためには、材質特性を決定する樹木の二次木部細胞の分化過程、特に複雑な三次元構造を有する細胞壁の多様性の発現機構を解明することが不可欠である。本研究では、厚い二次壁と有縁壁孔やせん孔など修飾構造を有し、道管要素や仮道管などに形態が類似した二次木部様細胞を樹木の培養細胞から直接誘導する新規モデル系を確立し、細胞壁構造の形成機構や細胞壁成分の堆積・沈着機構を明らかにする。特に、細胞壁三次元構造の多様性、細胞骨格やセルロースの局在、細胞壁合成関連遺伝子の発現などを生体イメージング技術を駆使して解析する。ドロノキのカルスから管状要素への誘導率の向上や細胞壁構造の制御のため、培地の植物ホルモン条件を網羅的に検討し、誘導される管状要素は集団で存在し、高濃度のブラシノステロイドが管状要素の誘導に効果的であること、他の樹種とは異なる細長い管状要素が形成されることを明らかにした。また、広葉樹のトチノキにおいて、オーキシンとブラシノステロイドを組み合わせることにより、培養細胞からせん孔を有する管状要素を誘導することが出来た。トチノキの培養細胞は、複雑な細胞壁構造を有する二次木部様細胞を直接誘導出来ることから、細胞壁構造の制御機構を解析する上で優れた新規モデル系であるといえる。本研究の成果から、樹木の培養細胞から管状要素を直接誘導し、形態や構造を制御する際の植物ホルモンの有効性が明らかになった。一方、ポプラの培養細胞にGFP融合タンパク質を発現させて微小管の挙動を連続的に解析したところ、管状要素の分化に伴い微小管の配向・局在が大きく変化したことから、微小管が複雑な細胞壁構造のパターン形成を制御していると考えられる。

高效利用树木产生的木质生物质，例如木材这种可再生资源，将建设循环型社会，为实现可持续发展目标、遵守《巴黎协定》和促进生物经济做出贡献。为了实现木材的高效利用，阐明树木次生木质部细胞的分化过程至关重要，它决定了材料的特性，特别是细胞壁多样性的表达机制，具有复杂的三维空间结构。结构。在这项研究中，我们从培养的树细胞中直接诱导出次生木质部样细胞，这些细胞具有厚的次生壁和修饰的结构，例如边缘壁孔和穿孔，其形态类似于导管元件和管胞。模型系统，阐明细胞壁结构的形成机制和细胞壁成分的沉积/沉积机制。特别是，我们将利用生物成像技术来分析三维细胞壁结构的多样性、细胞骨架和纤维素的定位以及与细胞壁合成相关的基因的表达。为了提高愈伤组织向管状元件的诱导率并控制细胞壁结构，我们对培养基的植物激素条件进行了全面考察，发现诱导的管状元件成群存在，且油菜素类固醇含量较高。结果表明，该树可有效诱导管状元件，并且形成与其他树种不同的细长管状元件。此外，在阔叶七叶树中，通过结合生长素和油菜素类固醇，我们能够从培养细胞中诱导出带有穿孔的管状元件。培养的七叶树细胞可以说是分析细胞壁结构控制机制的优秀新模型系统，因为可以直接诱导具有复杂细胞壁结构的次生木质部样细胞。这项研究的结果揭示了植物激素在直接从培养的树细胞中诱导管状元件并控制其形态和结构方面的有效性。另一方面，当我们在培养的杨细胞中表达GFP融合蛋白并连续分析微管的行为时，我们发现微管的方向和定位随着管状元件的分化而发生显着变化，这表明微管是复杂的。控制细胞壁结构的图案形成。

项目成果

期刊论文数量（27）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

木材の化学

木材化学

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
船田　良;半　智史
通讯作者：
半　智史

Tracheary elements from calli of Japanese horse chestnut (Aesculus turbinata) form perforation-like structures

日本七叶树（七叶树）愈伤组织的气管成分形成穿孔状结构

DOI：
10.1007/s00425-021-03621-4
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
4.3
作者：
Yamagishi Yusuke;Kudo Kayo;Yoshimoto Joto;Nakaba Satoshi;Nabeshima Eri;Watanabe Ugai;Funada Ryo
通讯作者：
Funada Ryo

Light microscopy of wood using sanded surface instead of slides

使用打磨表面代替载玻片对木材进行光学显微镜观察