育種学や品種改良技術への応用が可能に 植物受精卵の半球形状を生む細胞壁変形原理を解明 秋田県立大×東北大2024年12月16日
東北大学と秋田県立大学の研究チームは、顕微鏡による細胞画像から粘弾塑性モデルの再構築に成功。植物科学で得られる細胞画像データから細胞の変形メカニズムや表面力学などの力学情報を再分析することが可能になるため、育種学や品種改良などで受精後細胞の変形を理解し設計するような実学応用も期待される。
春の七草の一種であるナズナ（ペンペン草の仲間）は茎や根などの体軸（上下軸）を持つ。人間の背骨のように地上の体を支えたり姿勢を整えたりする力学的に重要な役割を持っているが、植物の体軸が受精後の一細胞である受精卵からどのように形成されるかは、詳しくわかっていなかった。
先行研究では、受精卵が一方向に異方的に伸長しドーム型の頂端細胞と細長い基部細胞に分裂することが体軸形成にとって極めて重要であることが明らかにされていたが、この受精卵の異方成長がどのような仕組みで達成されているかは未解明だった。
同研究では、東北大学の植田美那子教授らと秋田県立大学の康子辰博士研究員および津川暁助教らが強力なタッグを組むことで、顕微鏡画像で得られた受精卵細胞形状と伸長速度データを定量的に分析。受精卵先端が半球状態を維持しながら伸長することを発見した。
さらに、粘弾塑性を考慮した細胞力学モデルを構築することで、この先端半球の維持には細胞壁が特有の変形分布をとることや、表面の法線方向に伸長することが必要であることがわかった。
これらの知見により、植物科学で得られる細胞画像データから細胞の変形メカニズムや表面力学などの力学情報を再分析することが可能になるため、植物生理学や遺伝学を力学的に捉え直すことを可能になる。また、育種学や品種改良などで受精後細胞の変形を理解し設計するような実学応用も期待される。
同研究成果は12月12日、ケンブリッジ大学出版『Quantitative Plant Biology』誌に掲載された。
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