新規画像解析ソフトウェアと可視化細胞系の開発による高等植物細胞のフェノーム解析

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本研究では、植物細胞の分裂、生長、分化といった活動における細胞形態変化に関わる細胞内構造の網羅的解析(フェノーム解析)によって、細胞の形態変化や機能発現のための機構を、オルガネラや細胞骨格系といった細胞内構造のレベルと遺伝子発現のレベルで明らかにすることを目的とした。細胞内構造の解析手段としては、共焦点レーザー顕微鏡と蛍光顕微鏡を主に用いた。速やかに動くオルガネラについての動態解析には、Electron Bombardment方式CCDカメラやHARPカメラとスピニングディスクによるフルフレーム高速共焦点スキャナを組み合わせた高速高感度なCLSMシステムを利用しての撮像を行った。また、撮影過程の自動化手段として、プログラマブルなXYZステージとシャッターシステムを用いてスループットの向上を図った。レーザースキャニングサイトメーターのような従来の顕微鏡像自動解析システムでは、光学系やソフトウェア環境が限定されてしまうために利用形態が限られ、実験上の適用範囲が自ずと狭まっていた。そこで本研究では、既存の顕微鏡を用いることで、ハードウェアに特化しない汎用性の高い画像解析システムを構築しようと試みた。本年度は、塩基配列や遺伝子発現の解析における重要な統計手法であるクラスタリングに注目し、細胞骨格やオルガネラの共焦点画像への応用を試みた。その結果、多様な可視化対象と撮像法について、画像解析システムを逐一開発せずに対応できるクラスタリングアルゴリズムを考案した。細胞周期の進行に伴う細胞内構造の推移など、定量が困難な形態変化についてこの方法で解析を行い、本法の有用性について検討を行っている。