科研費 - 石黒 澄衞
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トマトの胚形成における胚と親組織のコミュニケーション機構の研究
研究課題/研究課題番号：22H02645 2022年4月 - 2026年3月
科学研究費助成事業 基盤研究(B)
石黒 澄衛, 丹羽 智子
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
配分額：17550000円 （ 直接経費：13500000円 、 間接経費：4050000円 ）
動植物問わず、受精卵から始まる細胞の分裂と分化が決まったパターンで進行して胚を形成する。これは胚自身の遺伝子にプログラム化された自律的な事象である。しかし、胚形成が親の体内で起きるほ乳動物や植物の場合には、胚と親組織の間には何らかのコミュニケーションが存在すると考えるのが自然である。本研究は、実験材料としてトマトを用い、植物においてこの胚と親組織とのコミュニケーションに関わる分子の実態を明らかにすることを目的として実施する。特に、胚が作る分子を同定し、それを親組織が受容するしくみについて解明する。
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遺伝子と自己組織化にもとづく花粉エキシンの立体構造の構築機構とその力学的特性
研究課題/研究課題番号：21H00365 2021年4月 - 2023年3月
科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型)
石黒 澄衛
担当区分：研究代表者
配分額：8710000円 （ 直接経費：6700000円 、 間接経費：2010000円 ）
花粉の表面はエキシンと呼ばれる殻で覆われている。エキシンは樹脂でできた軽くてフレキシブルな構造物で、雄性配偶体である花粉を保護するのに役立っている。植物の種類ごとに形が決まっていることからエキシンの構造は遺伝子によって規定されていることがわかるが、遺伝子が形を決めるしくみはまだ十分に理解されていない。本研究では、微細で普通の顕微鏡では見ることができないエキシンの形成の初期過程を特殊な方法でイメージングするとともに、形の決定に関与する分子を洗い出し、どのような分子が相互作用しながらエキシンの形を作っていくのかを明らかにする。
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軽くて強くてしなやかな花粉エキシンの立体構造の構築機構とその力学的特性
研究課題/研究課題番号：19H05362 2019年4月 - 2021年3月
科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型)
石黒 澄衛
担当区分：研究代表者
配分額：9100000円 （ 直接経費：7000000円 、 間接経費：2100000円 ）
花粉を取り囲む細胞壁はエキシンと呼ばれ、軽量かつ頑丈で、外界のストレスから花粉を保護する役割を持つ。この立体構造がなぜ頑丈なのかを力学的に検証し、ドームやカプセルの建築デザインへの応用を目指す。一方、エキシンは植物の種類ごとに構造が決まっていることから、遺伝子によって規定される構造であると考えられる。立体構造を規定する遺伝子とは具体的にどのようなものであるのかを明らかにするため、エキシンの構造が崩れてしまった突然変異体の原因遺伝子を同定してその機能を解析する。特に、発達中の花粉を取り囲むタペート細胞で働く遺伝子に注目して研究を進める。
シロイヌナズナの花粉の外殻構造である網目状エキシンは、例えば膨圧の変化で花粉が収縮したり膨張したりする場合でもフレキシブルに変形し、決して潰れることはなく内部の配偶子を守っている。今年度は収束イオンビーム-走査型電子顕微鏡法（FIB-SEM）を用いてシロイヌナズナのエキシンの微細構造の三次元イメージングに取り組み、サンプルの前処理方法や染色法を工夫することで、ナノメートルスケールの微細なエキシンの構造を立体画像として取得する方法を確立した。今後は力学的強度が低下した突然変異体の花粉の観察を行い、どのような構造変化が起きているかを野生型と比較検討して、しなやかさと強さを持つ構造を作るためにどのようなしくみが働いているのかを解明したい。
エキシンの強度が低下した花粉を作る突然変異体の解析も行なった。今年度解析した突然変異体の花粉は網目サイズが野生型よりも大きくなっており、網状構造を持ち上げる柱状構造の長さがバラバラだったりまっすぐ立ち上がっていなかったりしたため、網そのものも平滑な局面を作れず歪んでしまっていた。原因遺伝子は細胞内小胞輸送の制御因子であり、若い花粉の表面で網の目を作るのに働くキシランなどの多糖の生合成や分泌に影響している可能性がある。実際、キシランの量は野生型よりも減少していた。このことは網の目が大きくなる表現型とは一見矛盾するのだが、キシランが減ったこと以上にペクチンが増加しており、それが大きな網の目の形成に寄与したと推定された。本研究より、ペクチンも網の目の形成に重要な役割を持つことが明らかになった。
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。 -
研究課題/研究課題番号：18K06281 2018年4月 - 2023年3月
科学研究費助成事業 基盤研究(C)
石黒 澄衛
担当区分：研究代表者
配分額：4420000円 （ 直接経費：3400000円 、 間接経費：1020000円 ）
これまでの研究で、シロイヌナズナのエキシンの網目構造の形成にはキシランが重要であることが明らかになったので、今年度は主にキシラン生合成遺伝子の欠損変異体について重点的に解析した。まず、キシランの主鎖を合成する酵素を構成する三つのポリペプチドについて、各ポリペプチドをコードする遺伝子の欠損変異体を一つずつ調べた。その結果、いずれの遺伝子の変異体においても同程度に網目の消失が見られ、どのポリペプチドもキシラン合成酵素の活性に不可欠であることが確認できた。次に、キシランをアセチル化修飾する酵素とグルクロニル化修飾する酵素の欠損変異体を解析した。いずれの単独変異体も網目の形成に軽度な異常をもたらしたが、両方の遺伝子を欠損する二重変異体では明らかに重篤な網目の消失が観察された。アセチル化修飾とグルクロニル化修飾は構造的には全く異なるが、キシランに負電荷を付与する修飾という点では共通であり、両修飾はエキシン形成において相互補完的に働くことが明らかになった。さらに、この二重変異体の表現型はキシラン主鎖の合成酵素の欠損変異よりも重篤であることから、キシランが負電荷を持つことはエキシンの網目形成に極めて重要な意味を持つことが明らかになった。
次に、膜交通が異常になるために網の目が通常よりも大きくなる突然変異体について解析した。この変異体では大きくなった網の目の中に通常より大きな顆粒状のキシランが存在しているが、網目が大きくなったためにキシランの顆粒が大きくなったのか、キシランの顆粒が大きくなるために網目が大きくなったのかわかっていなかった。そこで、キシラン合成酵素との二重変異体を作出したところ、網の目が消失した。この結果から、網の目の形成にはやはりキシランが不可欠であり、網目の大きさはキシラン顆粒の大きさで決まることが明らかになった。
コロナ禍による移動制限で共同研究の実施に遅れが生じ、取りまとめに必要なデータが揃わなかった。
移動制限が解除され、遅れていた実験も完了の目処が立っている。なるべく早い段階で実験を完了し、論文の取りまとめを行う。 -
花粉表層の立体構造エキシンの形態を決める細胞壁多糖の鋳型機能とその構築機構
2015年4月 - 2017年3月
科学研究費補助金 新学術領域研究
担当区分：研究代表者
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花粉母細胞の減数分裂時に見られる特異な細胞質分裂のライブイメージング
2012年4月 - 2014年3月
科学研究費補助金 挑戦的萌芽研究
担当区分：研究代表者
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ジャスモン酸生合成の傷害誘導機構の解明
2009年8月 - 2012年3月
科学研究費補助金 特別研究員奨励費
石黒澄衞
担当区分：研究代表者
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花粉表層構造の形成機構とそのゲノム障壁における機能の研究
2009年4月 - 2011年3月
科学研究費補助金 特定領域研究、課題番号 21024004
石黒澄衞
担当区分：研究代表者
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メリステムから花器官への変換を制御する因子の研究
2009年4月 - 2011年3月
科学研究費補助金 特定領域研究、課題番号 21027016
石黒澄衞
担当区分：研究代表者
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シロイヌナズナを用いたエキシン形成機構の解析
2007年 - 2009年
科学研究費補助金 特定領域研究（公募，A01），課題番号：19043008
石黒 澄衛
担当区分：研究代表者
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花粉の成熟と飛散に重要な雄しべの細胞のオルガネラの発達と分解
2007年 - 2009年
科学研究費補助金 特定領域研究（公募，A01），課題番号：19039014
石黒 澄衛
担当区分：研究代表者
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ジャスモン酸による開花の制御機構の研究
2005年 - 2006年
科学研究費補助金 特定領域研究，課題番号：17027011
石黒 澄衞
担当区分：研究代表者
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雄しべの分化に伴うプラスチドの分化機構の研究
2005年 - 2006年
科学研究費補助金 特定領域研究，課題番号：17051013
石黒 澄衞
担当区分：研究代表者
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花粉表層構造の形成と稔性獲得に関する分子遺伝学的解析
2004年 - 2006年
科学研究費補助金 基盤研究（Ｂ），課題番号：16370020
石黒 澄衞
担当区分：研究代表者
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高等植物のペプチド性リガンドと受容体分子に対するSHEPHERDタンパク質の役割
2003年 - 2004年
科学研究費補助金 特定領域研究，課題番号：15031213
石黒 澄衞
担当区分：研究代表者