Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

液胞 / 微小管 / 液胞膜 / シロイヌナズナ / 透過電子顕微鏡 / 共焦点レーザー顕微鏡 / ライブイメージング / 遺伝学

高等植物の液胞は，成熟した細胞ではその体積の9割以上を占める，巨大な単膜の細胞小器官である．多くの教科書で，液胞はスムーズな表面を持つ水風船様に多くの教科書で描かれているが，実際は原形質糸などの複雑な構造を持つ．私たちは発芽初期に生じる球状の構造bulbを発見し，その生物学的意義、分子基盤、形成過程を明らかにすべく研究を行ってきた．本研究では、高圧急速凍結凍結置換法を適用し、透過型電子顕微鏡観察を行ってbulbの形成過程を詳細に観察した。bulbが極端に少ない変異体と野生型を比較し，bulb形成には小さい分解性液胞が大型の貯蔵性の液胞に取り囲まれることが必要であることを示唆する結果を得た．

シロイヌナズナ / 液胞 / GFP / 共焦点レーザー顕微鏡 / 急速凍結固定 / 水チャネル / 三次元立体構築 / 透過電子顕微鏡 / 緑色蛍光タンパク質(GFP) / 金属圧着型急速凍結固定 / 電子顕微鏡観察 / 立体構築

高等植物の液胞の動態を生きたまま観察するために、液胞の水チャネルγ-TIPとGFPとの融合タンパク質を発現する形質転換シロイヌナズナを用い、共焦点レーザー顕微鏡で観察した。しばしば液胞内に強い蛍光を発する球状やチューブ状の構造が形成されているのを見出した。この構造("bulb")は、直径が1-3μmで、外側の液胞膜と連続していた。非形質転換体でもbulbが存在することを確かめるために、野生型の子葉を金属圧着型の急速凍結で固定して透過電子顕微鏡観察した。その結果、bulbはやはり存在しており、人工産物でないことが示された。連続切片像からの立体構築により、bulbは2枚の液胞膜に挟まれた細胞質が、液胞内に陥入するような複雑な構造であることが解った。一方、他の液胞マーカー、AtRab75とGFPとの融合タンパク質を発現させても、bulb様の構造は全く観察されなかった。しかし電子顕微鏡観察するとbulbは存在していた。つまり、構造は存在するが、GFP-AtRab75分子はそこから排除されていることを示す。また、γ-TIP-GFPにより可視化されたbulbにおいて、GFPマーカーの蛍光強度を測定したところ、外側の液胞膜に対して約3倍の強さであることがわかった。このことは、bulbの領域でγ-TIP-GFP分子が濃縮されていることを示す。
以上の結果から、新たに見出された液胞膜上の構造bulbは、連続した液胞膜の一部で複雑な立体構造を取り、特定のタンパク質が選別されているサブ領域であることを提唱した。