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。

树木生产的木本生物质（例如木材，可再生资源）也将有助于建立回收社会，实现可持续发展目标，遵守巴黎协定并促进生物经济性。为了高效地使用木材，必须阐明树木中二级细胞的分化过程，这些木质部细胞在确定材料特性的树木中，尤其是细胞壁多样性的表达机制，细胞壁多样性的表达机理，该机构具有复杂的三维结构。在这项研究中，我们建立了一个新型的模型系统，该系统直接从培养的树中得出二级木质部细胞，这些树木已经修改了结构，例如较厚的次要壁，穿孔和穿孔，它们具有与管道元件和临时管道相似的形态，并阐明了细胞壁结构的形成机制，以及细胞壁结构的形成机制，以及细胞壁组合机械的重点和沉积机制。特别是，使用生物成像技术分析了三维细胞壁结构，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的多样性。为了提高愈伤组织对肾小管元件的诱导速率并控制日本植被中的细胞壁结构，我们全面研究了培养基的植物激素条件，并揭示了诱导的管状元素存在于人群中，并且高浓度的黄铜固醇在诱导管状元素和细长的小管元素中有效，这些元素与其他细长的小管元素不同。此外，在硬木糖浆中，将生长素和黄铜固醇组合在一起，以诱导来自培养细胞的毛孔的管状元素。培养的Roe Kilosa细胞可以直接诱导具有复杂细胞壁结构的二级细胞，使其成为分析细胞壁结构机制的出色新型模型系统。这项研究的结果揭示了植物激素在指导养殖树的管状元素以及控制形态和结构中的有效性。另一方面，当微管通过在培养的杨树细胞中表达GFP融合蛋白表达微管时，对微管进行了连续分析，并且微管的方向和定位随着管状元素的差异而发生巨大变化，这被认为是微管控制复杂细胞形式结构的原因。