研究セミナー特集
知られざる植物たちの姿を科学する（木原生物学研究所） 「重复受精」と「多花粉管拒否」の仕组み。
2018年1月15日（月）开催
会场：理化学研究所 横浜キャンパス
● 木原研究所 丸山大輔助教
丸山大辅助教による理研-滨罢产惭-木原合同ワークショップでの讲演
丸山 大輔 助教
学術院 国際総合科学群 自然科学系列 国際総合科学部
理学系生命環境コース 生命ナノシステム科学研究科
生命环境システム科学専攻
舞冈キャンパス?木原生物学研究所勤务
2010年に名古屋大学理学研究科で博士（理学）を取得。
名古屋大学 トランスフォーマティブ生命分子研究所（WPI-ITbM） 特任助教を経て現職に至る。
主な研究分野は生物科学、细胞生物学、基础生物学、植物分子、生理科学。2015年に日本细胞生物学会に若手最优秀発表赏、名古屋大学石田赏を受赏。2016年に文部科学大臣表彰若手科学者赏を受赏。
重复受精 -植物は2度受精する-
植物の繁殖行為には、実に不思议な现象が数多くありますが、その一つに、「重复受精」というものがあります。主に被子植物でのお话です。被子植物とは、私たちが最もよく目にする、花を咲かせ、その种子が子房に包まれて成长するタイプの植物です。一般的に动物では、一つの「精子」と一つの「卵细胞」が「受精」します。しかし被子植物では、二つの精细胞が登场し、「受精」が2度起こることがわかっています。これを「重复受精」と呼んでいます。なんでこんな面倒なことを行うのかと、人间である私たちは思ってしまいますよね。実はこの2つの受精は、それぞれ役割を持っていて、精细胞が胚嚢に达すると、二つの精细胞のどちらかが卵细胞と受精して、やがて胚となり、植物の幼体となります。もう一つの精细胞は、中央细胞というものと受精し、后にタネの中で胚の栄养となる胚乳になります。胚と胚乳は、それらを含む种皮とあわせて、子孙に命をつなぐ种子が作られる、と言う复雑な仕掛けになっています。
ライブイメージングで迫る、多花粉管拒否の仕组み
ここに至るまでの精细胞の动き方も実に巧妙で、2つの精细胞は花粉管とよばれる细长い细胞によってめしべの柱头から胚珠へとはるばる运ばれ、それぞれ卵细胞と中央细胞で受精します。ところが、最初の花粉から2つの精细胞を受け取り重复受精を终えた胚珠は、それ以降に花粉管を诱引しないようにするしくみを持ちます。これを「多花粉管拒否」と言います。
まず、花粉管を胚珠へと导くには胚珠にある2つの助细胞というものが必须の役割を果たしています。2つの助细胞は、「花粉管诱引ペプチド」を分泌することによって、花粉管を胚珠内へ诱引する働きを持ちます。その后、重复受精完了すると助细胞は不活性化し、花粉管の诱导を停止するのですが、その仕组みの详细は长く不明でした。そこで私たちの研究チームは、どうして助细胞が不活性化するのか、その过程を顕微镜（ライブイメージング）で追まりました。その结果、受精后の助细胞が、隣にある胚乳と细胞融合することがわかったのです。细胞壁に覆われた植物细胞には珍しい新たな细胞融合现象の発见です。この现象を「助细胞胚乳融合」と名付けました。さらなる解析の结果、融合后、助细胞が分泌する予定だった花粉管诱引ペプチドは胚乳へと流出したことから、助细胞胚乳融合が花粉管诱因ペプチドの分泌を乱すことにより、花粉管诱引が停止することが予想されました。
细胞融合はどのようにして起こるのか
さらに研究は深いところへと入り込み、助细胞と胚乳の融合に必要なものが何かを调べるため、様々な化学物质を与えたときの细胞融合への影响を调べてみました。
タンパク质合成を阻害する薬剤（颁测肠濒辞丑别虫颈尘颈诲别）を加えた培地で受精后の胚珠を培养すると、助细胞と胚乳の融合が抑えられることがわかりました。つまり、受精后に胚珠内で新しく作られるタンパク质が细胞融合に重要だということになります。さらに细胞周期を停止する薬剤（搁辞蝉肠辞惫颈迟颈苍别）の影响を调べたところ、分裂期への移行を止める薬剤によって细胞融合が抑えられました。つまり、融合开始のシグナルは细胞分裂の仕组みと连动していることが示唆されると、そのように判断できます。このように薬剤を使う方法で、助细胞と胚乳の融合に必要な条件が见えてきました。今后、これらの条件を使って、「助细胞胚乳融合」の仕组みについて、さらに详细な解析を进めたいと考えています。
図は蛍光顕微镜を使ったイメージング写真。胚乳の核とサイトゾルを緑色蛍光タンパク质（骋贵笔）で光らせて、受精后の胚珠を観察している様子です。
植物たちの复雑な事情
植物はかつて海の藻のようなものから発生し、光合成を行うことで自分が必要なエネルギーを作り出すことに成功しました。そのとき排出された酸素がやがて地球上に充満し、オゾン层まで作ったことで、私たち人间はもちろん、すべての生物に生存可能な环境を作ってきました。私たちはどうしても动くものに目が行きがちで、植物の摩訶不思议な生态にはあまり触れる机会はないかもしれません。しかし、植物は自分で歩いて移动することができない分、実は自分の体の中で、思いもよらぬ复雑なメカニズムを働かせ、进化し、様々な事情を抱えながら自身を存続させていることがおわかりかと思います。
木原生物学研究所では、数多くの遗伝的资源を持ち、高度な研究を行っています。これからも、この研究所にご期待ください。
最后に、参加した学生からの一言
ワークショップに参加した本学学生のポスター発表の様子
理研-滨罢产惭-木原合同ワークショップでは、施设の绍介や面白い研究を闻くことができました。またポスター発表もあり、异分野の研究内容を详しく闻くことができてとても勉强になりました。さらに理研の最新の顕微镜なども见学させていただき、研究意欲が涌く充実した一日となりました。（佐藤 萌子：生命ナノシステム科学研究科 博士前期课程1年）
ワークショップに参加した本学学生のポスター発表の様子
