Function analysis of plant idioblast cells with single cell omics

植物は、昆虫や草食動物などの捕食者に対する防御物質として、カフェインやモルヒネのような二次代謝産物を生産している。これらの二次代謝産物の中には、薬、嗜好品、さらには染料やゴムなど、人に有用な物質が数多くある。植物の二次代謝には、一連の生合成が一つの細胞内で完結せず、複数の細胞を横断して行われるものがある。異形細胞と呼ばれる他の細胞とは異なる形態である細胞が、細胞間を横断して行われる二次代謝の一翼を担っている可能性が示唆されているが、その役割・発生過程・類似性・二次代謝との関連性などは未だによくわかっていない。本研究では、１細胞生物学実験手法を植物種ごとに適宜改良して、多様な植物における異形細胞とアルカロイド代謝の関係性を明らかにする。さらに、代謝物による異形細胞の分類を行う。この研究成果は、植物異形細胞における代謝を制御する仕組み・意味を調べる研究や、形態形成について調べる研究につながる。また、異形細胞に局在するアルカロイド代謝酵素の探索をすることにより、酵母やタバコなどの異種発現系での有用天然物の効率的な生産にもつながることが期待される。本年度は、日本原産のキョウチクトウ科チョウジソウを含む様々な植物で細胞の顕微鏡観察を進めるとともに、メタボロームデータを取得してきた。チョウジソウの細胞を蛍光顕微鏡で観察していると、蛍光性物質を蓄積する異形細胞や、異形細胞の内部に強固で特殊な細胞内構造があることを発見した。

植物は、昆虫や草食動物などの捕食者に対する防御物質として、カフェインやモルヒネのような二次代謝産物を生産している。これらの二次代謝産物の中には、薬、嗜好品、さらには染料やゴムなど、人に有用な物質が数多くある。植物の二次代謝には、一連の生合成が一つの細胞内で完結せず、複数の細胞を横断して行われるものがある。異形細胞と呼ばれる他の細胞とは異なる形態である細胞が、細胞間を横断して行われる二次代謝の一翼を担っている可能性が示唆されているが、その役割・発生過程・類似性・二次代謝との関連性などは未だによくわかっていない。本研究では、１細胞生物学実験手法を植物種ごとに適宜改良して、多様な植物における異形細胞とアルカロイド代謝の関係性を明らかにする。さらに、代謝物による異形細胞の分類を行う。この研究成果は、植物異形細胞における代謝を制御する仕組み・意味を調べる研究や、形態形成について調べる研究につながる。また、異形細胞に局在するアルカロイド代謝酵素の探索をすることにより、酵母やタバコなどの異種発現系での有用天然物の効率的な生産にもつながることが期待される。本年度は、日本原産のキョウチクトウ科チョウジソウを含む様々な植物で細胞の顕微鏡観察を進めるとともに、メタボロームデータを取得してきた。チョウジソウの細胞を蛍光顕微鏡で観察していると、蛍光性物質を蓄積する異形細胞や、異形細胞の内部に強固で特殊な細胞内構造があることを発見した。