東北大学研究者紹介

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キマタ　ユウスケ

木全　祐資

Yusuke Kimata

所属

大学院生命科学研究科　生態発生適応科学専攻　個体ダイナミクス講座（植物細胞動態分野）

職名

助教

学位

博士（理学）（名古屋大学）

researchmap

https://researchmap.jp/y_kimata

J-GLOBAL ID

202001000022568171

e-Rad 研究者番号

10893307

ORCID

https://orcid.org/0000-0002-1366-0636

経歴 3

2020年10月～継続中

東北大学　大学院生命科学研究科生態発生適応科学専攻　助教
2019年4月～ 2020年9月

名古屋大学　トランスフォーマティブ生命分子研究所　日本学術振興会特別研究員（PD）
2018年4月～ 2019年3月

名古屋大学　大学院理学研究科　日本学術振興会特別研究員（DC2）

学歴 3

名古屋大学　大学院理学研究科　生命理学専攻博士後期課程

2017年4月～ 2019年3月
名古屋大学　大学院理学研究科　生命理学専攻博士前期課程

2015年4月～ 2017年3月
名古屋大学　理学部　生命理学科

2011年4月～ 2015年3月

委員歴 3

日本植物学会　電子出版物編集委員

2026年4月～継続中
東北大学理学部生物学科　実習委員

2020年10月～継続中
第64回日本植物生理学会年会実行委員

2022年10月～ 2023年3月

所属学協会 3

国際植物生殖学会（IASPRR）
日本植物生理学会
日本植物学会

研究キーワード 8

体軸形成
ゼニゴケ
トランスクリプトーム
画像解析
ライブイメージング
細胞極性
胚発生
シロイヌナズナ

研究分野 1

ライフサイエンス / 植物分子、生理科学 / 植物発生学

受賞 4

生命科学研究科奨励賞

2021年12月　東北大学大学院生命科学研究科
育志賞

2019年3月　日本学術振興会　受精卵の非対称分裂による植物の上下軸形成機構の解明
学術奨励賞

2018年6月　名古屋大学　受精卵の不等分裂による植物の体軸形成機構の解析
研究科長顕彰

2017年3月　名古屋大学大学院理学研究科

論文 19

Ca²⁺ oscillations promote microtubule-band turnover and support tip growth in Arabidopsis zygotes

Hikari Matsumoto, Zichen Kang, Tomonobu Nonoyama, Yusuke Kimata, Satoru Tsugawa, Minako Ueda

bioRxiv　2026年2月20日

DOI： 10.64898/2026.02.19.706723 　
Two-step polar plastid migration via F-actin and microtubules ensures unequal inheritance during asymmetric division of Arabidopsis zygote

Keigo Tada, Hikari Matsumoto, Takao Oi, Zichen Kang, Tomonobu Nonoyama, Satoru Tsugawa, Yusuke Kimata, Shuhei Kusano, Shinya Hagihara, Shintaro Ichikawa, Yutaka Kodama, Minako Ueda

bioRxiv　2026年1月20日

DOI： 10.64898/2026.01.19.697633 　
KymoTip: high‐throughput characterization of tip‐growth dynamics in plant cells

Zichen Kang, Yusuke Kimata, Tomonobu Nonoyama, Toru Ikeuchi, Kazuyuki Kuchitsu, Satoru Tsugawa, Minako Ueda

The Plant Journal　2026年1月

DOI： 10.1111/tpj.70691 　
A simple and versatile plasma membrane staining method for visualizing living cell morphology in reproductive tissues across diverse plant species

Yuga Hanaki, Hidemasa Suzuki, Sohta Nakamura, Sakumi Nakagawa, Keigo Tada, Hikari Matsumoto, Yusuke Kimata, Yoshikatsu Sato, Minako Ueda

Plant Methods　21　(1)　2025年11月17日
出版者・発行元： Springer Science and Business Media LLC
DOI： 10.1186/s13007-025-01465-7 　

eISSN：1746-4811
Brassinosteroids promote pollen tube guidance by coordinating gene expression in male and female reproductive tissues. 国際誌

Kumi Matsuura-Tokita, Takamasa Suzuki, Yusuke Kimata, Yumiko Takebayashi, Minako Ueda, Takeshi Nakano, Hitoshi Sakakibara, Akihiko Nakano, Tetsuya Higashiyama

Cell reports　44　(7)　115815-115815　2025年7月22日

DOI： 10.1016/j.celrep.2025.115815 　

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Hormones play an essential role in the survival and maintenance of homeostasis. Steroid hormones are structurally and evolutionarily conserved across animals, insects, and plants. Brassinosteroids (BRs) are plant steroid hormones originally isolated from pollen grains. However, the molecular roles of BRs in plant reproduction remain unclear. Here, we show that biologically active BRs, brassinolide (BL) and castasterone (CS), are detected in pistils and accumulate in the pollen grains of Arabidopsis thaliana. In vitro incubation with BL promotes pollen tube capacitation and attraction to ovules. Furthermore, BL treatment elevates the expression of various reproductive genes in pollen tubes and ovules. Additionally, mutant ovules defective in BRI1 signaling show decreased guidance rates and abnormal development of the filiform apparatus in synergid cells. Overall, this study characterizes the molecular functions of both BL and CS in promoting pollen tube guidance by regulating gene expression in male and female reproductive tissues.
A simple and versatile plasma membrane staining method for visualizing living cell morphology in reproductive tissues across diverse plant species

Yuga Hanaki, Hidemasa Suzuki, Sohta Nakamura, Sakumi Nakagawa, Keigo Tada, Hikari Matsumoto, Yusuke Kimata, Yoshikatsu Sato, Minako Ueda

bioRxiv　2025年6月17日

DOI： 10.1101/2025.06.11.659190 　
Brassinosteroids function as the plant male and female reproductive hormone coordinating gene expression

Kumi Matsuura-Tokita, Takamasa Suzuki, Yusuke Kimata, Yumiko Takebayashi, Minako Ueda, Takeshi Nakano, Hitoshi Sakakibara, Akihiko Nakano, Tetsuya Higashiyama

bioRxiv　2024年5月10日

DOI： 10.1101/2024.05.07.592278 　
Comprehensive and quantitative analysis of intracellular structure polarization at the apical–basal axis in elongating Arabidopsis zygotes 査読有り

Yukiko Hiromoto, Naoki Minamino, Suzuka Kikuchi, Yusuke Kimata, Hikari Matsumoto, Sakumi Nakagawa, Minako Ueda, Takumi Higaki

Scientific Reports　2023年12月18日

DOI： 10.1038/s41598-023-50020-8 　

ISSN：2045-2322

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<jats:title>Abstract</jats:title><jats:p>A comprehensive and quantitative evaluation of multiple intracellular structures or proteins is a promising approach to provide a deeper understanding of and new insights into cellular polarity. In this study, we developed an image analysis pipeline to obtain intensity profiles of fluorescent probes along the apical–basal axis in elongating <jats:italic>Arabidopsis thaliana</jats:italic> zygotes based on two-photon live-cell imaging data. This technique showed the intracellular distribution of actin filaments, mitochondria, microtubules, and vacuolar membranes along the apical–basal axis in elongating zygotes from the onset of cell elongation to just before asymmetric cell division. Hierarchical cluster analysis of the quantitative data on intracellular distribution revealed that the zygote may be compartmentalized into two parts, with a boundary located 43.6% from the cell tip, immediately after fertilization. To explore the biological significance of this compartmentalization, we examined the positions of the asymmetric cell divisions from the dataset used in this distribution analysis. We found that the cell division plane was reproducibly inserted 20.5% from the cell tip. This position corresponded well with the midpoint of the compartmentalized apical region, suggesting a potential relationship between the zygote compartmentalization, which begins with cell elongation, and the position of the asymmetric cell division.</jats:p>
Comprehensive and quantitative analysis of intracellular structure polarization at the apical–basal axis in elongating Arabidopsis zygotes

Yukiko Hiromoto, Naoki Minamino, Suzuka Kikuchi, Yusuke Kimata, Hikari Matsumoto, Sakumi Nakagawa, Minako Ueda, Takumi Higaki

bioRxiv　2023年8月22日
出版者・発行元： Cold Spring Harbor Laboratory
DOI： 10.1101/2023.08.22.554231 　

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Abstract A comprehensive and quantitative evaluation of multiple intracellular structures or proteins is a promising approach to provide a deeper understanding of and new insights into cellular polarity. In this study, we developed an image analysis pipeline to obtain intensity profiles of fluorescent probes along the apical–basal axis in elongatingArabidopsis thalianazygotes based on two-photon live-cell imaging data. This technique showed the intracellular distribution of actin filaments, mitochondria, microtubules, and vacuolar membranes along the apical–basal axis in elongating zygotes from the onset of cell elongation to just before asymmetric cell division. Hierarchical cluster analysis of the quantitative data on intracellular distribution revealed that the zygote may be compartmentalized into two parts, with a boundary located 43.6% from the cell tip, immediately after fertilization. To explore the biological significance of this compartmentalization, we examined the positions of the asymmetric cell divisions from the dataset used in this distribution analysis. We found that the cell division plane was reproducibly inserted 20.5% from the cell tip. This position corresponded well with the midpoint of the compartmentalized apical region, suggesting a potential relationship between the zygote compartmentalization, which begins with cell elongation, and the position of the asymmetric cell division.
Novel inhibitors of microtubule organization and phragmoplast formation in diverse plant species 査読有り

Yusuke Kimata, Moé Yamada, Takashi Murata, Keiko Kuwata, Ayato Sato, Takamasa Suzuki, Daisuke Kurihara, Mitsuyasu Hasebe, Tetsuya Higashiyama, Minako Ueda

Life Science Alliance　6　(5)　e202201657-e202201657　2023年2月27日
出版者・発行元： Life Science Alliance, LLC
DOI： 10.26508/lsa.202201657 　

eISSN：2575-1077

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Cell division is essential for development and involves spindle assembly, chromosome separation, and cytokinesis. In plants, the genetic tools for controlling the events in cell division at the desired time are limited and ineffective owing to high redundancy and lethality. Therefore, we screened cell division–affecting compounds inArabidopsis thalianazygotes, whose cell division is traceable without time-lapse observations. We then determined the target events of the identified compounds using live-cell imaging of tobacco BY-2 cells. Subsequently, we isolated two compounds, PD-180970 and PP2, neither of which caused lethal damage. PD-180970 disrupted microtubule (MT) organization and, thus, nuclear separation, and PP2 blocked phragmoplast formation and impaired cytokinesis. Phosphoproteomic analysis showed that these compounds reduced the phosphorylation of diverse proteins, including MT-associated proteins (MAP70) and class II Kinesin-12. Moreover, these compounds were effective in multiple plant species, such as cucumber (Cucumis sativus) and moss (Physcomitrium patens). These properties make PD-180970 and PP2 useful tools for transiently controlling plant cell division at key manipulation nodes conserved across diverse plant species.
Chemical screen of Arabidopsis zygote and proteomics in tobacco BY-2 cells identify general plant cell division inhibitors

Yusuke Kimata, Moé Yamada, Takashi Murata, Keiko Kuwata, Ayato Sato, Takamasa Suzuki, Daisuke Kurihara, Mitsuyasu Hasebe, Tetsuya Higashiyama, Minako Ueda

bioRxiv　2022年4月29日
出版者・発行元： Cold Spring Harbor Laboratory
DOI： 10.1101/2022.04.28.489799 　
Dynamic Rearrangement and Directional Migration of Tubular Vacuoles are Required for the Asymmetric Division of the Arabidopsis Zygote 査読有り

Hikari Matsumoto, Yusuke Kimata, Takumi Higaki, Tetsuya Higashiyama, Minako Ueda

Plant and Cell Physiology　62　(8)　1280-1289　2021年11月10日
出版者・発行元： Oxford University Press (OUP)
DOI： 10.1093/pcp/pcab075 　

ISSN：0032-0781

eISSN：1471-9053

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<title>Abstract</title> In most flowering plants, the asymmetric cell division of zygotes is the initial step that establishes the apical–basal axis. In the Arabidopsis zygote, vacuolar accumulation at the basal cell end is crucial to ensure zygotic division asymmetry. Despite the importance, it was unclear whether this polar vacuolar distribution was achieved by predominant biogenesis at the basal region or by directional movement after biogenesis. Here, we found that apical and basal vacuolar contents are dynamically exchanged via a tubular vacuolar network and the vacuoles gradually migrate toward the basal end. The mutant of a vacuolar membrane protein, SHOOT GRAVITROPISM2 (SGR2), failed to form tubular vacuoles, and the mutant of a putative vacuolar fusion factor, VESICLE TRANSPORT THROUGH INTERACTION WITH T-SOLUBLE N-ETHYLMALEIMIDE-SENSITIVE FUSION PROTEIN ATTACHMENT PROTEIN RECEPTORS (SNARES) 11 (VTI11), could not flexibly rearrange the vacuolar network. Both mutants failed to exchange the apical and basal vacuolar contents and to polarly migrate the vacuoles, resulting in a more symmetric division of zygotes. Additionally, we observed that in contrast to sgr2, the zygotic defects of vti11 were rescued by the pharmacological depletion of phosphatidylinositol 3-phosphate (PI3P), a distinct phospholipid in the vacuolar membrane. Thus, SGR2 and VTI11 have individual sites of action in zygotic vacuolar membrane processes. Further, a mutant of YODA (YDA) mitogen-activated protein kinase kinase kinase, a core component of the embryonic axis formation pathway, generated the proper vacuolar network; however, it failed to migrate the vacuoles toward the basal region, which suggests impaired directional cues. Overall, we conclude that SGR2- and VTI11-dependent vacuolar exchange and YDA-mediated directional migration are necessary to achieve polar vacuolar distribution in the zygote.
Intracellular dynamics and transcriptional regulations in plant zygotes: a case study of Arabidopsis 招待有り査読有り

Yusuke Kimata, Minako Ueda

Plant Reproduction　33　(2)　89-96　2020年6月22日
出版者・発行元： Springer Science and Business Media {LLC}
DOI： 10.1007/s00497-020-00389-7 　

ISSN：2194-7953

eISSN：2194-7961
Mitochondrial dynamics and segregation during the asymmetric division of Arabidopsis zygotes 査読有り

Yusuke Kimata, Takumi Higaki, Daisuke Kurihara, Naoe Ando, Hikari Matsumoto, Tetsuya Higashiyama, Minako Ueda

Quantitative Plant Biology　1　e3　2020年
出版者・発行元： Cambridge University Press ({CUP})
DOI： 10.1017/qpb.2020.4 　

ISSN：2632-8828

eISSN：2632-8828

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<jats:title>Abstract</jats:title> <jats:p>The zygote is the first cell of a multicellular organism. In most angiosperms, the zygote divides asymmetrically to produce an embryo-precursor apical cell and a supporting basal cell. Zygotic division should properly segregate symbiotic organelles, because they cannot be synthesized <jats:italic>de novo</jats:italic>. In this study, we revealed the real-time dynamics of the principle source of ATP biogenesis, mitochondria, in <jats:italic>Arabidopsis thaliana</jats:italic> zygotes using live-cell observations and image quantifications. In the zygote, the mitochondria formed the extended structure associated with the longitudinal array of actin filaments (F-actins) and were polarly distributed along the apical–basal axis. The mitochondria were then temporally fragmented during zygotic division, and the resulting apical cells inherited mitochondria at higher concentration compared to the basal cells. Further observation of postembryonic organs showed that these mitochondrial behaviours are characteristic of the zygote. Overall, our results showed that the zygote has spatiotemporal regulation that unequally distributes the mitochondria.</jats:p>
Live-Cell Imaging of Zygotic Intracellular Structures and Early Embryo Pattern Formation in Arabidopsis thaliana 招待有り査読有り

Minako Ueda, Yusuke Kimata, Daisuke Kurihara

Methods in Molecular Biology　37-47　2020年
出版者・発行元： Springer US
DOI： 10.1007/978-1-0716-0342-0_4 　

ISSN：1064-3745

eISSN：1940-6029
Polar vacuolar distribution is essential for accurate asymmetric division of Arabidopsis zygotes 国際誌査読有り

Yusuke Kimata, Takehide Kato, Takumi Higaki, Daisuke Kurihara, Tomomi Yamada, Shoji Segami, Miyo Terao Morita, Masayoshi Maeshima, Seiichiro Hasezawa, Tetsuya Higashiyama, Masao Tasaka, Minako Ueda

Proceedings of the National Academy of Sciences　116　(6)　2338-2343　2019年2月5日
出版者・発行元： Proceedings of the National Academy of Sciences
DOI： 10.1073/pnas.1814160116 　

ISSN：0027-8424

eISSN：1091-6490

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In most flowering plants, the asymmetric cell division of the zygote is the initial step in establishing the apical–basal axis of the mature plant. The zygote is polarized, possessing the nucleus at the apical tip and large vacuoles at the basal end. Despite their known polar localization, whether the positioning of the vacuoles and the nucleus is coordinated and what the role of the vacuole is in the asymmetric zygotic division remain elusive. In the present study, we utilized a live-cell imaging system to visualize the dynamics of vacuoles during the entire process of zygote polarization in<italic>Arabidopsis</italic>. Image analysis revealed that the vacuoles formed tubular strands around the apically migrating nucleus. They gradually accumulated at the basal region and filled the space, resulting in asymmetric distribution in the mature zygote. To assess the role of vacuoles in the zygote, we screened various vacuole mutants and identified that<italic>shoot gravitropism2</italic>(<italic>sgr2</italic>), in which the vacuolar structural change was impaired, failed to form tubular vacuoles and to polarly distribute the vacuole. In<italic>sgr2</italic>, large vacuoles occupied the apical tip and thus nuclear migration was blocked, resulting in a more symmetric zygotic division. We further observed that tubular vacuole formation and asymmetric vacuolar distribution both depended on the longitudinal array of actin filaments. Overall, our results show that vacuolar dynamics is crucial not only for the polar distribution along actin filaments but also for adequate nuclear positioning, and consequently zygote-division asymmetry.
In vitro ovule cultivation for live-cell imaging of zygote polarization and embryo patterning in Arabidopsis thaliana 招待有り査読有り

Daisuke Kurihara, Yusuke Kimata, Tetsuya Higashiyama, Minako Ueda

Journal of Visualized Experiments　2017　(127)　2017年9月11日
出版者・発行元： Journal of Visualized Experiments
DOI： 10.3791/55975 　

ISSN：1940-087X

eISSN：1940-087X
Cytoskeleton dynamics control the first asymmetric cell division in Arabidopsis zygote 国際誌国際共著査読有り

Yusuke Kimata, Takumi Higaki, Tomokazu Kawashima, Daisuke Kurihara, Yoshikatsu Sato, Tomomi Yamada, Seiichiro Hasezawa, Frederic Berger, Tetsuya Higashiyama, Minako Ueda

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America　113　(49)　14157-14162　2016年12月6日
出版者・発行元： National Academy of Sciences
DOI： 10.1073/pnas.1613979113 　

ISSN：1091-6490 0027-8424

eISSN：1091-6490
Combination of synthetic chemistry and live-cell imaging identified a rapid cell division inhibitor in Tobacco and Arabidopsis thaliana 査読有り

Masakazu Nambo, Daisuke Kurihara, Tomomi Yamada, Taeko Nishiwaki-Ohkawa, Naoya Kadofusa, Yusuke Kimata, Keiko Kuwata, Masaaki Umeda, Minako Ueda

Plant and Cell Physiology　57　(11)　2255-2268　2016年11月1日
出版者・発行元： Oxford University Press
DOI： 10.1093/pcp/pcw140 　

ISSN：1471-9053 0032-0781

eISSN：1471-9053

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MISC 17

植物の細胞分裂を阻害する新たな薬剤の発見

木全祐資, 植田美那子

生体の科学　75　(5)　422-423　2024年10月15日
出版者・発行元：株式会社医学書院
DOI： 10.11477/mf.2425201909 　

ISSN： 0370-9531

eISSN： 1883-5503
シロイヌナズナ受精卵における頂端-基部軸上の細胞内構造分布の定量的解析

弘本悠紀子, 木全祐資, 松本光梨, 中川朔未, 植田美那子, 檜垣匠

日本植物学会大会研究発表記録(CD-ROM)　87th　2023年
ライブイメージングから掘り起こす生体内部流動性の定量化

石本志高, 野々山朋信, KANG Zichen, 松本光梨, 木全祐資, 中川朔未, 津川暁, 檜垣匠, 植田美那子, 植田美那子, 新見修, 新見修

日本分子生物学会年会プログラム・要旨集(Web)　46th　2023年
ライブセルイメージングで解き明かす植物初期胚の内部流動ダイナミクス

植田美那子, 植田美那子, 松本光梨, KANG Zichen, 野々山朋信, 石本志高, 津川暁, 中川朔未, 花木優河, 木全祐資, 檜垣匠, 松下優貴, 松下優貴, 鎌本直也, 藤本仰一

日本分子生物学会年会プログラム・要旨集(Web)　46th　2023年
ライブイメージング解析によるシロイヌナズナ受精卵の極性化過程の解明

松本光梨, 木全祐資, 檜垣匠, 東山哲也, 東山哲也, 東山哲也, 植田美那子

日本植物学会大会研究発表記録(CD-ROM)　85th　2021年
受精卵と初期胚における周期と変調から解き明かす植物の体軸形成機構

植田美那子, 植田美那子, 小松大鳳, 田中小百合, 檜垣匠, 松本光梨, 木全祐資, 鎌本直也, 藤本仰一, 東山哲也, 東山哲也

日本植物学会大会研究発表記録(CD-ROM)　85th　2021年
受精卵の極性化動態とその制御機構招待有り査読有り

木全祐資

植物科学の最前線　11　162-171　2020年3月
受精卵の内部動態から迫る植物の体軸形成機構

植田美那子, 植田美那子, 木全祐資, 松本光梨, 檜垣匠, 栗原大輔, 栗原大輔, 東山哲也, 東山哲也, 東山哲也

日本植物学会大会研究発表記録(CD-ROM)　84th　2020年
植物における受精卵の極性化動態のライブイメージング

植田美那子, 植田美那子, 植田美那子, 木全祐資, 松本光梨, 檜垣匠, 小松大鳳, 田中小百合, 栗原大輔, 栗原大輔, 東山哲也, 東山哲也, 東山哲也

日本分子生物学会年会プログラム・要旨集(Web)　43rd　2020年
植物の受精卵が極性化する動態のライブイメージング:液胞の不等分配が非対称分裂に必須である

植田美那子, 植田美那子, 木全祐資, 加藤壮英, 檜垣匠, 檜垣匠, 栗原大輔, 栗原大輔, 瀬上紹嗣, 森田(寺尾)美代, 森田(寺尾)美代, 前島正義, 前島正義, 馳澤盛一郎, 東山哲也, 東山哲也, 東山哲也

日本分子生物学会年会プログラム・要旨集(Web)　42nd　2019年
ライブイメージングで迫るシロイヌナズナ受精卵の極性化機構

植田美那子, 植田美那子, 木全祐資, 田中小百合, 檜垣匠, 栗原大輔, 栗原大輔, 東山哲也, 東山哲也

日本植物学会大会研究発表記録　83rd　2019年
ライブイメージングによる受精卵の極性化における液胞の動態と役割の解明

木全祐資, 加藤壮英, 檜垣匠, 檜垣匠, 栗原大輔, 山田朋美, 山田朋美, 瀬上紹嗣, 森田(寺尾)美代, 森田(寺尾)美代, 前島正義, 馳澤盛一郎, 東山哲也, 東山哲也, 田坂昌生, 植田美那子, 植田美那子

日本植物学会大会研究発表記録　82nd　2018年
シロイヌナズナ受精卵の極性化動態

植田美那子, 植田美那子, 木全祐資, 加藤壮英, 桧垣匠, 桧垣匠, 山田朋美, 山田朋美, 栗原大輔, 栗原大輔, 森田(寺尾)美代, 森田(寺尾)美代, 馳澤盛一郎, 東山哲也, 東山哲也, 東山哲也, 田坂昌生

Plant Morphology　30　(1)　2018年

ISSN： 0918-9726
受精卵の不等分裂を制御する細胞骨格ダイナミクス

木全祐資, 檜垣匠, 河島友和, 河島友和, 栗原大輔, 栗原大輔, 佐藤良勝, 山田朋美, 山田朋美, 馳澤盛一郎, BERGER Frederic, 東山哲也, 東山哲也, 東山哲也, 植田美那子, 植田美那子

日本植物学会大会研究発表記録　81st　2017年
シロイヌナズナ受精卵の極性化動態

木全祐資, 栗原大輔, 栗原大輔, 栗原大輔, 桧垣匠, 河島友和, 佐藤良勝, 山田朋美, BERGER Frederic, 馳澤盛一郎, 東山哲也, 東山哲也, 東山哲也, 植田美那子, 植田美那子

Plant Morphology　29　(1)　2017年

ISSN： 0918-9726
受精による細胞極性の破壊と再構成~ライブイメージングで迫る受精前後の細胞内変化~

植田美那子, 植田美那子, 木全祐資, 加藤壮英, 檜垣匠, 山田朋美, 山田朋美, 栗原大輔, 栗原大輔, 森田(寺尾)美代, 森田(寺尾)美代, 馳澤盛一郎, 東山哲也, 東山哲也, 東山哲也, 田坂昌生

日本植物学会大会研究発表記録　81st　2017年
植物受精卵のライブイメージング:細胞極性とは何か?

木全祐資, 桧垣匠, 河島友和, 栗原大輔, 栗原大輔, 佐藤良勝, 山田朋美, 山田朋美, 馳澤盛一郎, BERGER Frederic, 東山哲也, 東山哲也, 東山哲也, 植田美那子, 植田美那子

日本植物学会大会研究発表記録　80th　2016年

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共同研究・競争的資金等の研究課題 8

ゼニゴケ受精卵のリアルタイム観察による体軸形成の共通原理の解明

木全祐資

2026年4月1日～ 2029年3月31日
陸上植物の胚発生を司る受精卵での雌雄協働機構の進化

木全祐資

2025年4月～ 2027年3月
変異株の表現型のゆらぎに注目した植物の上下軸形成機構の解明

木全祐資

2023年4月～ 2026年3月
多階層モデルの構築に向けた遺伝子発現データベースの創出競争的資金

木全祐資

2022年12月～ 2023年3月
コケ植物ゼニゴケを用いて植物の体軸形成機構の進化にせまる

木全祐資

提供機関：Inamori foundation

2022年4月～ 2023年3月
データ駆動型アプローチによる植物の上下軸形成機構の解明

木全祐資

2021年4月～ 2023年3月

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受精卵の不等分裂は、植物の上下軸形成に必須の過程である。しかしながら、順遺伝学的な変異体スクリーニングでは、制御因子が得られておらず、詳細な分子機構は不明なままである。当研究室の解析から受精後の転写活性化が不等分裂に必要であることが示されたが、具体的にどの遺伝子の発現が上昇するのかはわかっていなかった。そこで我々は、分裂後の受精卵を顕微鏡下で単離しRNA-seq解析によって網羅的な遺伝子発現を明らかにすることに成功した。この解析を、受精後の転写が起こらないせいで不等分裂に失敗する変異体でも実施して野生型と比較したところ、変異体では200程度の遺伝子の発現量が低下していることを突き止めた。さらに、他のグループで受精前と受精後の遺伝子発現を比較したデータを照らし合わせたことで、変異体で発現低下した遺伝子のうち、約70の遺伝子が通常であれば受精後に発現上昇することがわかった。そこで、この70遺伝子の内、既知の遺伝子機能をもとに不等分裂に関わる可能性が高いと考えられるものを選抜し、ストックセンターから遺伝子破壊株を購入した。これらの胚発生の表現型を観察したところ、いくつかの遺伝子の欠損株では成熟胚の形態や分裂パターンに異常があり、受精卵の不等分裂が損なわれる欠損株も発見することができた。今後はこれらの遺伝子の細胞内局在や具体的な機能について、ライブイメージング解析を用いて調べることで、受精卵の不等分裂の分子機構の解明につながると期待できる。
トランスクリプトーム解析に基づく植物受精卵の極性化機構の解明

木全祐資

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for JSPS Fellows

研究種目：Grant-in-Aid for JSPS Fellows

研究機関：Nagoya University

2019年4月25日～ 2022年3月31日

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受精後に転写され、受精卵の極性化を担う実行因子を同定するべく、1細胞期胚を胚珠から単離してRNA-seqによるトランスクリプトーム解析を実施した。前年度までに、胚珠からの胚の単離法を確立し、50個の野生型胚からRNA-seqデータを取得できていた。しかしながら、既知の変異体との遺伝子発現の比較を行ううえでは、毎回50個の胚を回収することは非効率的であると考えられた。そこで、本年度はまず、少数の細胞から効率よくcDNAを合成できるSMART-seq法を導入した結果、20個の野生型胚から再現性の高いRNA-seqデータを得ることに成功した。そこで、野生型、wrky2 hdg11/12三重変異体、yda変異体と、ネガティブコントロールとして液胞の異常により受精卵が極性化できないsgr2変異体から、それぞれ複数回のRNA-seqを実施し、それぞれの変異体背景で野生型よりも有意に発現量が低下した遺伝子を探索した。結果として、それぞれの変異体で1000個以上の遺伝子の発現量が低下していることがわかった。そこで、既知経路の下流因子の候補を絞り込むべく、wrky2 hdg11/12三重変異体とyda変異体で共通して発現低下し、sgr2変異体では発現低下しない遺伝子に注目したところ、300個程度まで絞り込めた。さらに、先行研究で受精後に発現上昇することがわかっている遺伝子絞り込んだうえで、遺伝子の上流に既知因子の結合配列をもつ遺伝子に注目した結果、60個程度の候補遺伝子群を得た。これらの中には、wrky2 hdg11/12三重変異体で発現量が大きく低下することが知られているWOX9が含まれていたことから、今回同定された候補遺伝子群の中から、未知の極性化の実行因子を同定可能であると期待できる。
比較トランスクリプトーム解析に基づくシロイヌナズナ受精卵の極性化機構の解明

木全祐資

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for JSPS Fellows

研究種目：Grant-in-Aid for JSPS Fellows

研究機関：Nagoya University

2018年4月25日～ 2020年3月31日

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受精卵の極性化を制御する実働因子の同定を目指し、受精卵のトランスクリプトーム解析を行った。本年度はまず、受精卵を胚珠から単離・回収するための手法の開発に取り組んだ。はじめに、発生後期の胚の単離法などを参考に、実体顕微鏡下で胚珠を解剖して受精卵を単離することを試みた。しかしながら、この方法では胚珠の切断場所などを検討しても、受精卵を遊離させることができなかった。そこで、当研究室の先行研究で実施された卵細胞の単離の方法を参考にして、胚珠を細胞壁分解酵素で処理することで、受精卵をプロトプラスト化して遊離させることを目指した。しかしながら、酵素処理のみでは受精卵は遊離しなかったため、さらに胚珠を物理的に破砕する操作を加えた。様々な条件検討の末、受精卵を遊離させることに成功した。次に、上記の方法で野生型の受精卵を30個回収して、市販のキットを用いてmRNAを抽出してからcDNAを合成・増幅し、中部大学の鈴木孝征博士との共同研究として、次世代シーケンサーによるRNA-seqを行った。しかし、1サンプルあたり1000万リードを見込んでシークエンシングしたにもかかわらず、30個の受精卵からはおよそ10万リードしか検出できず、遺伝子発現を解析するには不十分であった。そこで、回収する受精卵の個数を増やし、さらにライブラリー濃縮のためのPCRのサイクル数も変更したことで、十分な量のリード数を検出できるようになった。以上の検討によって、受精卵の遺伝子発現を精確に解析するためのサンプル調整方法が確立できたと考えられた。そこで、この方法で得られたトランスクリプトームデータの信頼性を確かめるために、卵細胞のトランスクリプトームデータと比較した。その結果、受精卵では卵細胞と比べて、6000以上の遺伝子が特異的に発現していることがわかった。

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担当経験のある科目(授業) 27

生態・進化生物学特選科目Ⅰ　東北大学
自然科学総合実験　東北大学
生物学演習I　東北大学
植物生理学実習　東北大学
分子植物学I　東北大学
分子・細胞生物学特選科目Ⅰ　東北大学
自然科学総合実験　東北大学
生物学演習I　東北大学
分子・細胞生物学特選科目Ⅰ　東北大学
植物生理学実習　東北大学
生物学演習I　東北大学
自然科学総合実験　東北大学
植物生理学実習　東北大学
先端生態発生適応科学特論I　東北大学
自然科学総合実験　東北大学
生物学演習I　東北大学
自然科学総合実験　東北大学
分子・細胞生物学特選科目I　東北大学
植物生理学実習　東北大学
先端生態発生適応科学特論I　東北大学
生物学演習I　東北大学
自然科学総合実験　東北大学
植物生理学実習　東北大学
生態・進化生物学特選科目I　東北大学
生物学演習I　東北大学
分子・細胞生物学特選科目I　東北大学
先端生態発生適応科学特論I　東北大学

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