〔研究概要〕

花粉は、種子植物の雄性配偶体であり、高等植物の有性生殖に必須である。被子植物の花粉発生は、栄養成長から生殖成長への転換によって形成された花芽の葯内で始まり、花粉母細胞の減数分裂、小胞子の不等細胞分裂による雄原細胞・栄養細胞の分化を経て、受粉後2つの精細胞が胚のう中の卵細胞ならびに2個の極核をもつ中央細胞と重複受精することによって終わるごく短い期間ではあるが、基礎生物学的諸問題を数多く含む波乱に富んだ一時期であるといえる。そこで、高等植物の生殖機構解明の一環として、テッポウユリを主な実験材料にして、花粉発生・分化の制御機構を分子細胞生物学的に解析している。

ユリの雄性配偶子形成過程
ユリの雄性配偶子形成過程の模式図

なかでも、染色体数半減のための減数分裂の制御機構や雄性配偶子形成のための不等細胞分裂の制御機構、さらには特殊な成長様式を示す栄養細胞の分化機構を、クロマチン(染色体)の組成や動態の変化などに着目しながら、それらを制御する特異的な遺伝子発現を探索している。これまでに、特異的なヒス卜ン変種がこの生殖過程で出現するとともに、それらが染色体の構造や機能ドメインに局在することを初めて示した。

〔キーワード〕
花粉,配偶子,減数分裂,染色体,核,クロマチン,ヒストン

〔研究方法〕
実験材料は、被子植物の配偶子形成過程中の細胞(花粉母細胞・花粉・雄原細胞・精細胞・胚のう母細胞・卵細胞)であるので、通常は時期的・量的に大きな制約があるが、その中では比較的大量に材料が得られること、ほぼ一年中使用できること、細胞・核(染色体)が大きいこと、発生時期を蕾の長さで推定できること、高い同調性を持つこと、さらにプロトプラスト化が可能なこと、雄原細胞が単離できるなどの利点からユリ科植物(テッポウユリ)を主に使用している。また一部、培養細胞も使用している。

研究手法は、大きく1形態、2培養、3生化学に分かれ、1では、配偶子形成過程中の細胞や染色体の細胞・分子生物学的特徴を特異的抗体を用いた間接蛍光抗体法(焦点レーザー走査蛍光顕微鏡)やcDNAを用いたin situ hybridization法(FISH、冷却CCDカメラ)さらには免疫電子顕微鏡法等によって解析し、それらの特異性や局在さらには機能を形態学的に検定する。2では、細胞培養法や半数性プロ卜プラスト(花粉母細胞プロトプラス卜・花粉プロトプラス卜・生殖細胞プロトプラスト)を用いた細胞融合法・エレクトロポレーション法・パーティクルガン法等の細胞学的手法によって、分裂や分化等の機能発現をin vitroで制御することを試みる。3では、減数分裂や雄性配偶子(体)の分化に関連する特異的物質やその制御因子を生化学的に検索するとともに、すでに得られている特異的タンパク質や遺伝子の発現を調査したり、別に新たな遺伝子を単離する。

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