生物遺伝資源センター
X線マイクロCT装置を用いた3次元可視化解析

担当: 野々村賢一 (生物遺伝資源センター 植物育成・開発支援部門 部門長)

「生物学は博物学的な形態観察や形態の違いによる系統分類を中心に発展してきました。現代の分子生物学においても様々な生命現象を観察して記述することはとても重要なことで、生物学と「観察」は切っても切れない縁にあります。その要求から、様々な観察技術が目覚しい発展を遂げ、高倍率、高感度などの多種多様な高機能観察が可能となっています。


その技術の中のひとつであるCTスキャンは、X線によるレントゲン撮影の技術を応用して、様々な方向から撮影した画像データをコンピュータ処理により立体的に構築し、対象物の構造を3次元的に捉えることを可能にします。このCTスキャンの技術は特に医療の分野で力を発揮しています。しかし、これまでの生物学研究におけるCTスキャンの用途は、骨などの硬部組織の観察に限定されており、また、その解像度や感度は小型生物を研究するには十分ではありませんでした。


国立遺伝学研究所・生物遺伝資源センターでは、軟部組織を染色する最新技術をいち早く導入し、固定法、造影剤の活用法、撮影条件、画像データの活用方法の全行程にわたり、対象となる生物種や組織に応じて、様々な検討を重ねてきました。これらの経験から、CT装置の特徴を生かし、多様な研究目的に応じた至適条件を見出し、生物の複雑な構造を生物学の研究に十分な解像度、精度、感度で3次元的に解析する技術を確立しました。現在、その技術により、海洋小型生物、昆虫、魚類、マウスなど、生物種の枠を超えた多岐にわたる生物の観察が可能となっており、国立遺伝学研究所ではCTスキャン装置を駆使した多彩な研究支援を行っています。


国立遺伝学研究所のX線マイクロCT装置を用いた生物の三次元可視化についての相談は、microct@nig.ac.jp までご連絡ください。


X線マイクロCT装置を用いた3次元可視化解析

A. カブトムシ幼虫の頭部 ※論文発表2
B. テントウムシ。色がついているのは飛翔筋。
C. 骨格異常を示すゼブラフィッシュの全身骨格。※論文発表5
 (3Dモデルでご覧いただけます。→ sketchfab)
D. 正常なゼブラフィッシュ のウェーバー器官。 ※論文発表5
 (3Dモデルでご覧いただけます。→ sketchfab)
E. ウメボシイソギンチャク(刺胞動物門)。※論文発表3
F. ウロコムシ(環形動物門)の頭部。※論文発表3
 (FaceBookページの記事で全身をご覧いただけます。→ facebook)

 

【リンク】


 

これまでの実績(論文発表)

  1. 1. Ikeda T, Tanaka W, Toriba T, Suzuki C, Maeno A, Tsuda K, Shiroishi T, Kurata T, Sakamoto T, Murai M, Matsusaka H, Kumamaru T, Hirano HY. BELL1-like homeobox genes regulate inflorescence architecture and meristem maintenance in rice. Plant J. 2019 Jan 18.
  2.  ※2017年度国立遺伝学研究所共同研究(NIG-JOINT2017)採択課題による成果
     ※論文ページ(free access)
  3. 2. Shinichi Morita, Toshiya Ando, Akiteru Maeno, Takeshi Mizutani, Mutsuki Mase, Shuji Shigenobu, Teruyuki Niimi. Precise staging of beetle horn formation in Trypoxylus dichotomus reveals the pleiotropic roles of doublesex depending on the spatiotemporal developmental contexts. PLoS Genet. 2019 Apr 10;15(4)
  4.  ※NIG-JOINT2017採択課題による成果
     ※基礎研(基礎生物学研究所)からプレスリリースが行われました:
      カブトムシの角(ツノ)にオスとメスとの違いが現れる時期の特定に成功
  5. 3. Akiteru Maeno, Hisanori Kohtsuka, Kensuke Takatani, Hiroaki Nakano. Microfocus X-ray CT (microCT) Imaging of Actinia equina (Cnidaria), Harmothoe sp. (Annelida), and Xenoturbella japonica (Xenacoelomorpha). J Vis Exp. 2019 Aug 6;(150).
  6.  ※国立遺伝学研究所 リサーチハイライトで紹介されました:
      マイクロフォーカスX線CT装置による海産無脊椎動物の解析方法
  7. 4. Sagai T, Amano T, Maeno A, Ajima R, Shiroishi T. SHH signaling mediated by a prechordal and brain enhancer controls forebrain organization. Proc Natl Acad Sci U S A. 2019 Nov 19;116(47):23636-23642.
  8.  ※国立遺伝学研究所からプレスリリースが行われました:
      ヒト先天異常「全前脳胞症」の発症にかかわる制御配列を発見
  9. 5. Akama K, Ebata K, Maeno A, Taminato T, Otosaka S, Gengyo-Ando K, Nakai J, Yamasu K, Kawamura A. Role of somite patterning in the formation of Weberian apparatus and pleural rib in zebrafish. J Anat. 2019 Dec 15.
  10.  ※論文ページ(free access)
  11. 6. Maeno A and Tsuda K. Micro-computed Tomography to Visualize Vascular Networks in Maize Stems. Bio-protocol 8(1): e2682.
  12.  ※論文ページ(free access)
  13. 7. Shibuya H, Watanabe R, Maeno A, Ichimura K, Tamura M, Wakana S, Shiroishi T, Ohba K, Takeda K, Tomita H, Shibahara S, Yamamoto H. (2018) Melanocytes contribute to the vasculature of the choroid. Genes Genet Syst 93: 51-58.
  14.  ※NIG-JOINT2014採択課題による成果
     ※論文ページ(free access)
  15. 8. Mouri K, Sagai T, Maeno A, Amano T, Toyoda A, Shiroishi T. Enhancer adoption caused by genomic insertion elicits interdigital Shh expression and syndactyly in mouse. Proc Natl Acad Sci U S A. 2017 Dec 18. pii: 201713339.
  16.  ※国立遺伝学研究所からプレスリリースが行われました:
      遺伝子スイッチの「移設」が手に水かきを作る
  17. 9. Nakano H, Miyazawa H, Maeno A, Shiroishi T, Kakui K, Koyanagi R, Kanda M, Satoh N, Omori A, Kohtsuka H. A new species of Xenoturbella from the western Pacific Ocean and the evolution of Xenoturbella. BMC Evol Biol. 2017 Dec 18;17(1):245.
  18.  ※NIG-JOINT2014, 2015, 2016採択課題による成果
     ※筑波大学・国立遺伝学研究所・北海道大学・東京大学から共同プレスリリースが行われました:
      日本近海で初の珍渦虫の新種を発見 ―動物の起源や進化過程を探る糸口に―
  19. 10. Kawasaki T, Maeno A, Shiroishi T, Sakai. Development and growth of organs in living whole embryo and larval grafts in zebrafish. Sci Rep. 2017 Nov 28;7(1):16508.
  20.  ※国立遺伝学研究所 リサーチハイライトで紹介されました:
      ゼブラフィッシュ胚/稚魚全個体移植による個体形成
  21. 11. Sagai T, Amano T, Maeno A, Kiyonari H, Seo H, Cho SW, Shiroishi T. SHH signaling directed by two oral epithelium-specific enhancers controls tooth and oral development. Sci Rep. 2017 Oct 11;7(1):13004.
  22.  ※国立遺伝学研究所 リサーチハイライトで紹介されました:
      歯の本数は、複数のエンハンサーによるShh遺伝子の発現調節によって決まる
  23. 12. Kataoka T, Tamura M, Maeno A, Wakana S, Shiroishi T. Genetic Dissection of Trabecular Bone Structure with Mouse Intersubspecific Consomic Strains. G3 (Bethesda). 2017 Oct 5;7(10):3449-3457.
  24. 13. Tsuda K, Abraham-Juarez MJ, Maeno A, Dong Z, Aromdee D, Meeley R, Shiroishi T, Nonomura KI, Hake S. KNOTTED1 Cofactors, BLH12 and BLH14, Regulate Internode Patterning and Vein Anastomosis in Maize. Plant Cell. 2017 May;29(5):1105-1118.
  25.  ※国立遺伝学研究所 リサーチハイライトで紹介されました:
      単子葉植物の茎に特徴的な形態形成を制御するメカニズム
  26. 14. Sagai T, Amano T, Maeno A, Kimura T, Nakamoto M, Takehana Y, Naruse K, Okada N, Kiyonari H, Shiroishi T. Evolution of Shh endoderm enhancers during morphological transition from ventral lungs to dorsal gas bladder. Nat Commun. 2017 Feb 3;8:14300.
  27.  ※国立遺伝学研究所 プレスリリースで紹介されました:
      魚の浮き袋という進化上の発明のカギは、「腹側」から「背側」への遺伝子スイッチの切り替えだった
  28. 15. Tamura, M., Hosoya, M., Fujita, M., Iida, T., Amano, T., Maeno, A., Kataoka, T., Otsuka, T., Tanaka, S, Tomizawa, S., and Shiroishi, T. Over-dosage of Hand2 causes limb and heart defects in human chromosomal disorder, partial trisomy distal 4q. Human Molecular Genetics, 2013 Jun 15;22(12):2471-2481. DOI: 10.1093/hmg/ddt099
  29.  ※国立遺伝学研究所 リサーチハイライトで紹介されました:
      ヒト4番染色体長腕部分重複症の原因解明: Hand2遺伝子量効果による四肢・心臓の形態異常

現在進行中の共同研究(2020年度国立遺伝学研究所共同研究採択課題)

  • (1) 埼玉大学大学院理工学研究科(准教授 川村哲規) 「マイクロCTスキャンを用いた脊椎動物の体幹部形成機構の解析」
  • (2) 大阪大学微生物病研究所(教授 石谷 太)「超短命魚ターコイズキリフィシュ を用いた老化制御機構の解明」
  • (3) 東京大学大学院理学系研究科(教授 荻原直道) 「遺伝子改変マウスの3次元筋骨格形態変化」
  • (4) 東京大学理学系研究科附属臨海実験所(教授 三浦 徹) 「群体性ヒドロ虫:ギンカクラゲにおける群体形成様式の解明」
  • (5) 名古屋大学(特任助教 別所-上原 学) 「Micro-CTイメージングを用いたハタンポ科魚類における発光器の構造比較」
  • (6) 基礎生物学研究所進化発生研究部門(研究員 森田慎一) 「マイクロフォーカスX線CTを用いた昆虫の性的形質の比較生物学的研究」
  • (7) 京都府立大学生命環境科学(准教授 武田 征士) 「マイクロCTを使った虫こぶ維管束の空間パターンの解明」

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