１細胞発光イメージングを用いた植物個体内における概日時計ネットワークの解析

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概日時計は約24時間周期の振動を生成し、それを外環境の昼夜変動へと同調させることで日周的な環境変動への適応を可能としている。植物においても概日時計は光合成や、成長、花成などの主要な生理現象の制御に関与している。植物細胞ではその多くで時計遺伝子が発現しており、細胞一つ一つが細胞時計として振る舞う。しかしながら植物個体中における細胞概日時計の挙動は、その観測の困難さから不明な点が多かった。研究員は自身が開発した一細胞発光イメージングシステムを用いて細胞レベルでの概日時計の解析に取り組んできた。昨年度までに、イボウキクサを材料に解析を行い、昼夜のない定常条件において細胞リズムが脱同期すること、近傍細胞間には位相を近づけようとする相互作用が示唆されるが、その強度は細胞が示す周期のばらつき、不安定性を抑えるほど強くないこと、を明らかとしてきた。本年度ではリズム解析手法を改良し、これまでに得られたデータを再評価することで、細胞間における周期のばらつき、及び、周期変動を定量的に記述することに成功した。また、脱同期時の細胞振動子リズムに明暗条件を与え、位相の異なる細胞振動子が外部明暗周期に同調していく過程を観察した。同調過程における細胞概日リズムの挙動は明暗条件前の位相にのみ依存したことから、個体上の細胞は各々の時間情報に従い、独立に明暗条件に同調すると結論づけた。さらに、同調後の明暗条件下において細胞リズムの位相には空間的なパターンが存在することを発見した。このパターンには、同調前のリズムデータから推定された細胞の周期・位相とも明瞭な相関がなく、明暗条件下において細胞の位置情報に基づき新たに形成されたパターンだと考えられた。以上の結果は、これまで知見の乏しかった植物個体内における細胞概日時計の基本的性質を明らかにし、新たな問題設定を可能にする先駆的なものだと考えている。