植物の受精卵は力学を活用して成長する〜成長と力学のフィードバックによって植物の上下ができる〜

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2026-05-26 東北大学

Tohoku UniversityとHokkaido Universityの共同研究グループは、植物受精卵が力学的フィードバックを利用して上下軸を形成する仕組みを解明した。モデル植物シロイヌナズナの受精卵をライブイメージングし、成長過程を再現するシミュレーション解析を行った結果、受精卵が縦方向に成長すると細胞表面の張力が増加し、その高張力部位に微小管が帯状に集積することが判明した。この微小管バンドは細胞を締め付ける「枠」として働き、横方向への膨張を抑制することで、縦方向への成長をさらに促進していた。つまり、成長による張力増加と微小管再編成が相互に作用する力学的フィードバックによって、受精卵は自律的に縦長化し、植物の将来の花と根をつなぐ上下軸が形成される。本成果は、植物が細胞骨格と力学応答を利用して形態形成を進める新しい原理を示すものであり、植物発生や細胞形態制御の理解深化に貢献すると期待される。

植物の受精卵は力学を活用して成長する〜成長と力学のフィードバックによって植物の上下ができる〜
図1. (A)本研究で行った解析の流れ。(B)本研究で見出した細胞成長と微小管による力学フィードバックの模式図。

<関連情報>

表面張力の時間的変化が、シロイヌナズナ接合子の微小管組織化と正確な非対称分裂を誘導する Temporal changes in surface tension guide microtubule organization and accurate asymmetric division of Arabidopsis zygotes

Zichen Kang,Sakumi Nakagawa,Hikari Matsumoto,Yukitaka Ishimoto,Tomonobu Nonoyama,Yuga Hanaki,Satoru Tsugawa & Minako Ueda
Nature Communications  Published:22 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-72280-4  Unedited version

Abstract

In most plants, the zygote divides asymmetrically to define the body axis. In Arabidopsis thaliana, the zygote undergoes polar cell elongation with maintaining a transverse band of cortical microtubules (MTs) at the growing cell tip. How the MT band is maintained at the actively renewing tip and whether it contributes to the asymmetric zygote division remain elusive. By combining live-cell imaging, mechanical simulation, and various perturbation analyses, we demonstrate a bidirectionally interactive feedback in which the MT band forms a mechanical frame to support polar zygote elongation, and this growth increases the calculated surface tension at the zygote tip to induce MT band formation. Furthermore, after zygote elongation is complete, the MT band guides another MT band, preprophase band, to determine the accurate cell division site. Therefore, the MT band is maintained via mechanical feedback with polar cell growth, ensuring the proper asymmetric cell division of the zygote.

生物工学一般
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