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

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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。