寄生性線虫が誘導する合胞体に着目した植物の細胞融合機構の解明

植物において細胞融合は、成熟後も組織を柔軟につくり変える植物の新たな可能性を象徴する興味深い現象である。そのなかでも、シストセンチュウ（以下、線虫）の感染で誘導される細胞融合は、種々の作物に重大な被害をもたらす線虫の防除の観点からも解明が求められている。線虫は根の最深部である維管束近傍に感染するため、主に切片観察が行われていたが、切片観察では細胞融合の瞬間や、根の内部に三次元的に広がる融合した合胞体を捉える事が出来ない。そこで、線虫の感染メカニズムを解析する基盤技術として、二光子顕微鏡を用いた時空間的なイメーシング系（動的な線虫の感染過程を捉えられるライブイメージング系と、合胞体全体を鮮明に捉える3Dイメージング系）を確立した。ライブイメージングによって、これまで見えなかった根の内部にいる線虫や植物のオルガネラを明瞭に観察できた。さらに、長時間観察を行うことで、線虫が感染から1日後に線虫が感染部位を決めることや、8日目には脱皮し成長することが明らかになった。また、合胞体の3Dイメージングによって、合胞体の全体を簡便に観察することに成功し、合胞体の柱状細胞壁に取り囲まれた形態をしていることを発見した。3D構築した合胞体を様々な角度から観察したところ、その柱状細胞壁は細胞の特定の面にのみ形成され、しかもその面は線虫が根のどこに感染したかに依存して変化することが分かった。本研究によって、線虫が植物の細胞壁を自在にリモデリングし、方向性を持って体細胞融合を起こす様子が明らかとなった。以上のように、本研究では新規イメージング技術を確立することで、根の深部を動く線虫の様子や合胞体形成の様々な時空間ダイナミクスを、世界で初めて捉えることに成功した。本研究のこれらの成果については、2報の学術論文として発表している。

植物において細胞融合は、成熟後も組織を柔軟につくり変える植物の新たな可能性を象徴する興味深い現象である。そのなかでも、シストセンチュウ（以下、線虫）の感染で誘導される細胞融合は、種々の作物に重大な被害をもたらす線虫の防除の観点からも解明が求められている。線虫は根の最深部である維管束近傍に感染するため、主に切片観察が行われていたが、切片観察では細胞融合の瞬間や、根の内部に三次元的に広がる融合した合胞体を捉える事が出来ない。そこで、線虫の感染メカニズムを解析する基盤技術として、二光子顕微鏡を用いた時空間的なイメーシング系（動的な線虫の感染過程を捉えられるライブイメージング系と、合胞体全体を鮮明に捉える3Dイメージング系）を確立した。ライブイメージングによって、これまで見えなかった根の内部にいる線虫や植物のオルガネラを明瞭に観察できた。さらに、長時間観察を行うことで、線虫が感染から1日後に線虫が感染部位を決めることや、8日目には脱皮し成長することが明らかになった。また、合胞体の3Dイメージングによって、合胞体の全体を簡便に観察することに成功し、合胞体の柱状細胞壁に取り囲まれた形態をしていることを発見した。3D構築した合胞体を様々な角度から観察したところ、その柱状細胞壁は細胞の特定の面にのみ形成され、しかもその面は線虫が根のどこに感染したかに依存して変化することが分かった。本研究によって、線虫が植物の細胞壁を自在にリモデリングし、方向性を持って体細胞融合を起こす様子が明らかとなった。以上のように、本研究では新規イメージング技術を確立することで、根の深部を動く線虫の様子や合胞体形成の様々な時空間ダイナミクスを、世界で初めて捉えることに成功した。本研究のこれらの成果については、2報の学術論文として発表している。