花粉はなぜ速やかに活動を再開できるのか ~“待機”状態にある細胞核の特徴とその再始動の仕組みを解明~

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2026-06-03 山形大学,科学技術振興機構

山形大学の研究グループは、花粉が長期間生存しながら受粉後に速やかに活動を再開できる仕組みを、雄原細胞の核構造に着目して解明した。テッポウユリ花粉を用いた解析の結果、成熟花粉中の雄原細胞核は細胞分裂中(M期)のように強く凝縮したクロマチン構造を示すものの、実際にはDNA複製を終えた分裂直前のG₂期で停止していることが判明した。花粉が吸水すると、まずクロマチンが脱凝縮して核構造が再編成され、その後に遺伝子転写が再開し、最終的に細胞分裂へ進行することが明らかになった。さらに、転写阻害実験により、初期のクロマチン再編成は転写に依存せず進行する一方、細胞分裂には転写再開が必須であることが示された。これらの結果から、雄原細胞は活動を抑制した待機状態を維持しつつ、受粉後には迅速に機能を再始動できるよう準備された特殊な核状態にあることが明らかとなった。本成果は花粉の寿命や発芽機構の理解を深めるものであり、将来的には受粉効率向上や作物生産の安定化への応用が期待される。

図1、雄原細胞核のクロマチン構造。 雄原細胞核のクロマチンは強く凝集し、外観は細胞分裂期の細胞核に類似する。 ※間期の細胞とは、細胞が分裂を行っていない通常の細胞周期段階にある状態を指す。 スケールバーは10 µm(1 µm=100万分の1メートル)。の画像
図1、雄原細胞核のクロマチン構造。
雄原細胞核のクロマチンは強く凝集し、外観は細胞分裂期の細胞核に類似する。
※間期の細胞とは、細胞が分裂を行っていない通常の細胞周期段階にある状態を指す。
スケールバーは10 µm(1 µm=100万分の1メートル)。

<関連情報>

花粉管の成長中、生殖細胞分裂には転写再活性化が必要であるが、初期の核再編成には必要ない Generative Cell Division, but Not Early Nuclear Reorganization, Requires Transcriptional Reactivation During Pollen Tube Growth

Mio K. Shibuta, Aina Komatsu, Tsugumi Aso
Plant Direct  Published: 02 June 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/pld3.70175

ABSTRACT

Bicellular pollen often enters a desiccated state wherein development is temporarily arrested, enabling long-term survival while maintaining the capacity for rapid activation upon hydration. Although the generative cell in mature pollen of Lilium species is known to have completed DNA replication, its precise cell-cycle status and the requirement for de novo transcription during pollen tube growth remain unclear. In this study, we examined the cell-cycle state and nuclear reactivation dynamics of the generative cell of Lilium longiflorum pollen using detailed confocal microscopy. We found that the generative cell nucleus in mature pollen exhibited prophase-like chromatin architecture but rapidly underwent transcriptional reactivation and chromatin decondensation upon hydration. This response is inconsistent with M-phase progression, which is irreversible and does not permit transcriptional reactivation or chromatin decondensation before chromosome segregation. Immunofluorescence analysis of cell-cycle markers showed that the generative cell lacked M-phase-specific features and instead displayed an interphase-like marker profile. Transcription inhibition experiments further revealed that chromatin decondensation and histone phosphorylation occurred independently of transcription, whereas generative cell division required de novo transcription. Together, these results define a unique nuclear state in which highly compacted chromatin is maintained while cell-cycle progression remains arrested in G2 and demonstrate that hydration triggers nuclear reactivation through sequential transcription-independent and transcription-dependent processes.

細胞遺伝子工学
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