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第4回ライフサイエンス国際公募選定 フライト実験候補テーマ


重力によるコムギ芽生え細胞壁のフェルラ酸形成の制御機構
Regulation by gravity of ferulate formation in cell walls of wheat seedlings

代表研究者:若林 和幸(大阪市立大学大学院 理学研究科)

研究目的
 細胞壁は植物の細胞を取り囲み、その形や大きさを最も直接的に規定すると同時に、植物の成長や分化の過程にも深く関わっています。高等植物は地上の1gの重力下で誕生・進化したために、重力に抗しその体を支えるための丈夫な細胞壁を構築します。従って、細胞壁の強さは重力条件によって変化することが予想されます。
 植物の細胞壁はその大半が複数種の多糖類から構成されています。多糖類の一部にはフェノール性化合物が結合しており、多糖類間のネットワーク(架橋構造)が形成されます。細胞壁多糖類の量やその分子サイズ、多糖類間での架橋形成は、細胞壁の強度(固さ)を規定する要因となっています。重力はこれら細胞壁成分の代謝系に影響し、その量や構造を変化させて細胞壁の強度を調節している可能性が考えられます。
 本実験では、微小重力条件下で、植物の細胞壁多糖類の構造や多糖類間の架橋形成がどのように変化するのか、また、その変化に関わる代謝系の酵素活性やそれらの遺伝子の発現を調べることにより、重力による高等植物細胞壁の構築及びその強度の制御の仕組みを明らかにすることを目的とします。

研究方法・内容
 乾燥状態のコムギの種子を保水性素材に固定し、これを容器にセットした状態で軌道上に運びます。軌道上で、この容器に水を加え発芽・成長させます。3〜5日間、暗条件下で生育させた後、容器ごと冷凍保存し地上に持ち帰って細胞壁の物理的性質、構成成分、細胞壁代謝系酵素の活性とそれをコードする遺伝子の発現量、さらに、内生の植物ホルモン量等についての詳細な解析を行います。

期待される成果
 微小重力条件では、特定の細胞壁多糖類のレベルや分子サイズ、多糖類間架橋構造のレベルが変化し、細胞壁の強度が変わることが期待されます。その成果は、高等植物の生活環の維持に必須である、細胞壁の構築過程の機構を解明する上での重要な知見をもたらすと考えられます。また、細胞壁の成分やその力学的性質に重力が与える影響を知ることは、将来の軌道上や地球に比べ重力の小さい星での植物の生育や生産に必要な基礎的データになると考えられます。

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