分子の局在をイメージングする技法の発達が今日の生命科学を発展させてきたが，現在では広範囲な，定量的な，高解像度の，あるいは3Dの新たな画像情報が求められている．本シンポジウムは，そのような研究として，電子顕微鏡画像の広域取得法と自動画像解析，同位体顕微鏡と二次イオン質量分析による植物組織の元素分析，2光子顕微鏡による光イメージングを駆使した生体レベルでの高解像度な機能解析を紹介し，植物学研究への今後の展開について議論を深めることを趣旨に，以下のプログラムで開催した．

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近年，蛍光イメージングの発展に伴い，組織・細胞・細胞小器官・分子の動態や局在を容易に推定できるようになった．しかし，各組織・細胞にどのような形態のオルガネラが存在し，どのような状態で分布しているか超微形態レベルでの実体を把握するには，未だに透過電子顕微鏡（TEM）による観察が必須である．我々は，組織や細胞などのTEM像を広域に渡って自動撮影するシステムと，撮影したTEM像をつなぎ合わせ1枚の高解像度TEM写真を取得するプログラムを組み合わせた「広域TEM像自動取得システム」を開発した．本システムを用いて，植物組織や培養細胞などの数万枚のTEM像を自動撮影し，結合させることで，ギガピクセルクラスの写真の取得に成功している．さらに，試料を瞬時に凍結する高圧凍結技法により，広域超薄切片の作製に取り組み，動的なオルガネラの分布を広域に渡り把握することに成功している．本稿では，広域TEM像自動取得システムの原理と，高圧凍結技法で作製した超薄切片から画像取得した結果を中心に紹介する．

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Recent advances in imaging equipment have enabled the acquisition of many kinds of bioimages in huge numbers. With the acquisition of such imagery, computer assistance becomes increasingly important for image inspection. To provide an automated and versatile bioimage classification system, we have developed an active learning algorithm combined with a genetic algorithm and self-organizing map named Clustering-Aided Rapid Training Agent (CARTA). Using CARTA, similar images can be drawn from many images. Applying this feature of CARTA, we are developing a framework for the detection of similar cellular architectures in wide-field fluorescence microscopic images. In this article, we describe an example case of semi-automatic detection of stomatal regions from a fluorescence microscopic image of Arabidopsis leaf surface cell contours.

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二次イオン質量分析法（Secondary ion mass spectrometry : SIMS）は，広い範囲のエネルギーのイオンビーム（一次イオン）を固体試料に照射することで引き起こされるスパッタリング現象により，二次的に放出される試料の構成原子によるイオン（二次イオン）を信号として検出することで，試料に含まれている元素および化合物の情報を得る分析法である．これまでは主に半導体などの材料科学や，鉱物の年代分析などに用いられてきた．SIMSの技術を発展させた同位体顕微鏡，NanoSIMS，TOF-SIMSなどの顕微鏡技術の登場によりSIMS装置での生物試料の分析が検討されるようになり，植物試料においても元素および分子を直接観ることが可能になってきた．現在では植物の組織・細胞レベルでの微量元素の検出ができるようになりつつある．これまでの植物科学における元素分析は，根や葉などの器官レベルでのバルク分析によって，定量的に知見を得てきた．植物における元素の重要性は組織・細胞レベルで考えられているにもかかわらず，実際の分布を直接観察することは難しかった．本稿では，植物科学におけるこれまでの元素分析手法を紹介するとともに，SIMS装置を用いた植物組織・細胞レベルでの元素のダイレクトイメージングの進歩について説明したい．

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二次イオン質量分析法（SIMS）による元素イメージングの生物試料分析への利用が近年広がっている．元素の検出感度が高くすべての元素が検出可能であり，また高い二次元分解能を持つSIMS装置であるNanoSIMSを用いたイメージングでは，電子顕微鏡での形態観察に近い高分解能で元素あるいは同位体分布を分析することができる．そのため安定同位体による標識物質の利用と合わせて，動物細胞や微生物内での物質移動や代謝の定量解析等において様々な成果を挙げている．本稿ではNanoSIMSについて装置の概要と元素イメージングの生物試料への応用について紹介する．

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生命現象を生きている状態，かつ生体内で観察することは極めて重要である. 近年，生命科学の分野では，様々な蛍光プローブを用いたイメージング技術の発展や，撮像機器の開発により，細胞や組織内外における分子のリアルタイムな挙動が次々と明らかになってきた．2光子励起顕微鏡は深部到達性，低浸襲性といった，生体深部のイメージングに適した特性を持つ顕微鏡である．我々は植物の深部で起こる生命現象を「生きたまま」解析するため，2光子顕微鏡を用いて植物組織の深部イメージングに挑戦してきた．本稿では，最新の2光子励起顕微鏡を用いた植物深部のin vivoイメージングについて，その特徴と利点を簡単に紹介したい．

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2光子励起レーザー顕微鏡（2光子顕微鏡）は，低侵襲性や深い組織到達性といった特徴のため，神経科学を中心に，免疫，がんなどの他領域にもその使用が爆発的に広がっている．植物の研究領域においても，葉緑体の自家蛍光を回避することが可能であるため，2光子顕微鏡の利用は増加している．我々は2光子顕微鏡の開発とその応用に取り組んで来ているが，最近，生きたままでマウス生体深部を観察する“in vivo”2光子顕微鏡法の，新しいレーザー，光技術による高度化に取り組んでいる．特に共同研究者の開発した長波長高出力の超短パルスレーザーを励起光源として導入することで，生体深部観察能力を著しく向上させることに成功した．この新規“in vivo”2光子顕微鏡は，脳表から約1.4 mmという世界最深部の断層イメージング，すなわち，生きたマウスの脳中の大脳新皮質全層及び，海馬CA1領域のニューロンの微細な形態を観察することが可能になった．一方で，我々は超解像イメージングの開発にも取り組み，細胞機能の分子基盤を明らかにするために，形態的な意味での空間分解能の向上にも取り込んでいる．特に，我々は新しいレーザー光「ベクトルビーム」を用いることで，共焦点顕微鏡や2光子顕微鏡の空間分解能の向上にも成功した本稿では，我々の最新の生体マウス脳のデータを紹介しつつ，2光子顕微鏡の特性や植物組織への可能性について議論したい．

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シダ類の配偶体は大半が地上生で心臓形を示すが，一部の分類群の配偶体は岩上や樹上着生でへら形やリボン形など示す．我々は寒天培地上で胞子発芽後から成長を続ける同一個体の表面観察を定期的に行い，正確な細胞系譜解析に基づく情報から，シダ類の配偶体において，5タイプの発生様式（カニクサ型，アツイタ型，アネミア型，イワヒトデ型，シシラン型）を認識した．これらの発生様式は3つの分裂組織，（1）頂端細胞型分裂組織，（2）周縁分裂組織，（3）始原細胞群型分裂組織，の有無と働く期間の違いに基づくものである．カニクサ型は最も一般的なもので，（1）と（2）が連続して分化し，心臓形配偶体が形成される．アツイタ型とアネミア型はカニクサ型の亜型で，それぞれへら形と左右不相称心臓形の配偶体が形成される．イワヒトデ型とシシラン型は（1）の後に（2）が挿入される事が大きな特徴で，この周縁分裂組織の拡大と分断により配偶体の分枝がおこり不規則に分枝したリボン形配偶体が形成される．イワヒトデ型とシシラン型の違いは，（3）の存在の有無である．以上から心臓形を作るカニクサ型発生様式が祖形となり，周縁分裂組織を獲得する事によってイワヒトデ型とシシラン型を生じ，リボン形配偶体が進化したと考えられる．また本稿では，配偶体発生様式とハビタットとの関連についても議論する．

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Plant development has been evaluated at various developmental stages, from the early steps of embryogenesis to flowering. In most reports, transcription factors have been thought to play a master regulatory role in the complex networks orchestrating organogenesis. Although these efforts have increased our understanding of several major developmental pathways, our understanding of the relationships between metabolism and development remains limited. Recently, we identified a straightforward relationship linking carbohydrate metabolism and organogenesis. We found that plant development, particularly the reactivation of cell cycling after germination and the transition from heterotrophic to autotrophic growth, are highly dependent on sucrose availability. In the case of Arabidopsis thaliana, an oilseed species, we characterized the importance of cytosolic inorganic pyrophosphate hydrolysis for the success of the above transition and appropriate execution of postembryonic developmental programs. While this unprecedented and unique discovery has addressed fundamental issues concerning the biological role of the proton-pyrophosphatase (H⁺-PPase), it has also raised questions regarding the link between metabolism and development. Here, we summarize our present knowledge of key steps in the mobilization of storage lipids and their impact together with H⁺-PPase during the heterotrophic-autotrophic growth transition.

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植物細胞は細胞板を形成することにより分裂する．細胞板は細胞質分裂装置である隔膜形成体の中でつくられる．隔膜形成体は微小管を含む細胞骨格複合体で，細胞膜に向かって拡大することにより細胞質分裂は進行するが，その分子機構はわかっていない．筆者らは，隔膜形成体の微小管の配列様式と動態を解析し，その拡大機構を明らかにした．本総説では隔膜形成体の拡大機構について解説する．

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Cells in clonally different lineages coordinate proliferation within a developing organ to ensure species-specific organ size and shape, and signaling between cells generally plays a pivotal role in this process. In the field of developmental biology, examining the molecular details and dynamics of the signaling remains a challenge. Previous studies have suggested that the size and shape of a leaf are determined through coordinated proliferation between epidermal and mesophyll cells, possibly through inter-celllayer signaling. However, the signaling mechanism remains largely unexplored because, until recently, little was known regarding the signaling molecules involved in this process. ANGUSTIFOLIA3 (AN3) in Arabidopsis thaliana encodes a transcriptional co-activator with homology to human synovial sarcoma translocation protein. Kawade et al. (2013) reported that AN3 is a signaling molecule that mediates inter-cell-layer signaling for the coordinated proliferation of leaf cells. AN3 is produced specifically in mesophyll cells and moves into epidermal cells, where it participates in transcriptional control for cell proliferation in destination cells. The identification of the signaling molecule involved in coordinated proliferation of leaf cells allows us to directly investigate the functional impact of inter-cell-layer signaling on leaf development. Interfering with AN3 movement across cell layers disrupts the coordinated proliferation of leaf cells. Leaf size and shape are also impaired in this situation, demonstrating that AN3 signaling itself is indispensable for normal leaf development. Based on these findings, Kawade et al. (2013) presented a novel model emphasizing the role of mesophyll cells as a signaling source for coordinated proliferation of leaf cells, as well as the regulation of leaf size and shape.

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カワゴケソウ科は熱帯・亜熱帯地域の急流中の岩上に生育する水生被子植物である．常に激流にさらされる極限環境に適応したため，特異な形態を進化させている．科内の大半を占めるカワゴケソウ亜科のシュートは茎頂分裂組織の構造が欠失し，茎がなく葉が扁平な根から不定的に形成される．一方，祖先的なトリスティカ亜科は一般のシュート構造に近い体制をもつことから，他の被子植物からカワゴケソウ科への形態進化解明の鍵を握ると考えられる．発生解剖学的にトリスティカ亜科のシュートの体制を解析した結果，側軸が腋外芽として形成された後，主軸の成長が停止する，一般の被子植物がもつ仮軸分枝の体制を示すことが明らかとなった．したがって，カワゴケソウ科は進化の初期段階に仮軸分枝の体制を獲得したと推定される．また，超微構造学的解析により，カワゴケソウ亜科の表皮細胞に大小二形の葉緑体をもつという新規の報告がなされた．葉緑体二形性はカワゴケソウ科が特殊環境に適応するために獲得した形態であると考えられる．本稿では，カワゴケソウ科のシュート形態進化とユニークな葉緑体二形性の特徴から本科の適応進化について考察したい．

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