Research Abstract


Live imaging of calcium spikes during double fertilization in Arabidopsis

2014年8月22日 Nature Communications 5 : 4722 doi: 10.1038/ncomms5722

Ca2+波とカルシウム振動は、動物の受精過程の間に見られる重要なシグナル伝達要素であり、卵の活性化などに関わっている。被子植物に独特の重複受精の過程では、卵細胞とそれに近接した中央細胞がそれぞれ、精細胞と融合する。我々は今回、semi-in vivo条件下での重複受精の際のこれら2つの細胞、および配偶子に付随する2つの助細胞の細胞質でのCa2+の濃度変化を画像化することに成功した。花粉管が精細胞を放出し細胞質融合が起こるのに続いて、卵細胞と中央細胞では一過性のCa2+濃度の上昇(スパイク)が見られたが、カルシウム振動は見られなかった。卵細胞でのカルシウムスパイクだけが、細胞質融合に関連して起こった。これとは対照的に、助細胞は花粉管が到達するとCa2+振動を示す。2つの助細胞は、花粉管を受ける際のそれぞれの役割に応じて異なるCa2+動態を示した。雌性配偶体でのこのようなCa2+動態は、被子植物での重複受精の成功を制御する高度に特異的な特徴であると考えられる。

浜村 有希1,2*,西巻 萌1, 武内 秀憲1,2, Anja Geitmann3, 栗原 大輔1,2 & 東山 哲也1,2,4

  1. 名古屋大学大学院 理学研究科 生命理学専攻
  2. JST ERATO東山ライブホロニクスプロジェクト
  3. モントリオール大学Institut de recherche en biologie végétale(カナダ)
  4. 名古屋大学 トランスフォーマティブ生命分子研究所

    *現所属先: モントリオール大学Institut de recherche en biologie végétale(カナダ)

Ca2+ waves and oscillation are key signalling elements during the fertilization process of animals, and are involved, for example, in egg activation. In the unique double fertilization process in flowering plants, both the egg cell and the neighbouring central cell fuse with a sperm cell each. Here we succeeded in imaging cytosolic Ca2+ in these two cells, and in the two synergid cells that accompany the gametes during semi-in vivo double fertilization. Following pollen tube discharge and plasmogamy, the egg and central cells displayed transient Ca2+ spikes, but not oscillations. Only the events in the egg cell correlated with the plasmogamy. In contrast, the synergid cells displayed Ca2+ oscillations on pollen tube arrival. The two synergid cells showed distinct Ca2+ dynamics depending on their respective roles in tube reception. These Ca2+ dynamics in the female gametophyte seem to represent highly specific signatures that coordinate successful double fertilization in the flowering plants.