ニューベキアの複葉におけるフラクタル構造のモデリング

• Project/Area Number: 12J10320
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Developmental biology
• Research Institution: Kyoto Sangyo University (2013-2014); Meiji University (2012)
• Principal Investigator: 中益 朗子 京都産業大学, 総合生命科学部, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥3,500,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2014: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2013: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2012: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 葉の形態形成 / 葉の形態の多様性 / 枝分かれ構造 / 異形葉性 / 表現型可塑性 / 数理モデル / 分岐構造 / 複葉 / 異形葉 / 環境応答 / 反応拡散パター / ニューベキアアクアティカ / 反応拡散系 / パターン形成 / 分枝構造

Outline of Annual Research Achievements

前年度までに、生育環境に応じて表現型の可塑性を示すRorippa aquatica（Neobeckia aquatica から改名）と呼ばれるアブラナ科の植物の葉について、シンプルな数理モデルを用いて葉の形態の多様性を作り分ける仕組みを説明し、シミュレーションを用いて実験結果などを再現していた。
本年度は、複葉や分裂葉で見られる分岐構造の非対称性に着目した。同じ数理モデルを用いて、成長軸の速度を変化させることでこれらの非対称性が再現できることを明らかにした。また、分岐構造の非対称性を示す様々な植物の葉において、分岐パターンの分布を調べた。そこから実際に見られる非対称性の程度と理論的に見積もった値の比較をおこなった。さらに非対称の方向性と分岐パターンから推測される各成長軸における成長スピードの違いとの関わりを調べ、理論との一致を確かめた。
その他、ミクロソリウムと呼ばれる水性シダの変種でみられる葉の多様性についても同じモデルで説明した。この植物では、異なるタイプの分岐構造の形成機構が葉の形態の多様性を生み出している。この分岐のタイプの違いに成長点の性質と成長スピードが関わっている可能性があることを数理解析から明らかにした。この理論の正当性について、現在実験的に確かめている途中である。
以上の結果は、様々な植物種において葉の形態の多様性が生じる仕組みについて、新たな視点からアプローチする足がかりとなる成果であると考えている。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] A developmental model for branching morphogenesis of lake cress compound leaf. (2014)
  • Author(s): Akiko Nakamasu, Hokuto Nakayama, Naomi Nakayama, Nobuhiko J. Suematsu, Seisuke Kimura
  • Journal Title: PlosOne Volume: 9 Issue: 11 Pages: 111615-111615
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0111615
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Toward elucidating the mechanisms that regulate heterophylly (2012)
  • Author(s): 中山北斗、中山尚美、中益朗子、Neelima Shinha、木村成介
  • Journal Title: PLANT MORPHOLOGY Volume: 24 Issue: 1 Pages: 57-63
  • DOI: 10.5685/plmorphol.24.57
  • NAID: 130004726671
  • ISSN: 0918-9726, 1884-4154
• [Presentation] 植物の複葉に見られる分岐構造の非対称性について (2015)
  • Author(s): 中益朗子
  • Organizer: 第79回形の科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 千葉県・習志野市 千葉工業大学
  • Year and Date: 2015-06-12 – 2015-06-14
• [Presentation] Theoretical analysis of asymmetric branched structures in dissected leaves (2015)
  • Author(s): Akiko Nakamasu
  • Organizer: 48th Annual Meeting of the Japanese Society of Developmental Biology
  • Place of Presentation: 茨城県・つくば市 Tsukuba International Congress Center
  • Year and Date: 2015-06-02 – 2015-06-05
• [Presentation] 複葉に見られる分岐構造の非対称性形成に関する理論的なアプローチ (2014)
  • Author(s): 中益朗子
  • Organizer: 日本植物第７８回大会
  • Place of Presentation: 神奈川県・川崎市 明治大学生田キャンパス
  • Year and Date: 2014-09-12 – 2014-09-14
• [Presentation] Theoretical Approach to Elucidate the Mechanisms Underlying the Hetelophyllyof Lake Cress. (2014)
  • Author(s): 中益 朗子
  • Organizer: CDB symposium 2014
  • Place of Presentation: 神戸(理研CDB)
• [Presentation] 葉の形態に表現型可塑性を示すニューベキア(Neobeekia aquatie)が多様な葉形を生み出すメカニズムについての理論的な取り組み (2013)
  • Author(s): 中益 朗子
  • Organizer: 第36回分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸(神戸国際展示場)
  • Year and Date: 2013-12-05
• [Presentation] 分枝形成の時空間パターンの解析から推測される複葉の成長プロファイルについて (2013)
  • Author(s): 中益 朗子
  • Organizer: 時間生物学会サテライトシンポジウム
  • Place of Presentation: 東大阪(近畿大学東大阪キャンパス)
  • Year and Date: 2013-11-11
• [Presentation] ニューベキアの葉の発生過程における表現型可塑性のモデリング (2013)
  • Author(s): 中益 朗子
  • Organizer: 日本植物学会第77回大会
  • Place of Presentation: 札幌(北海道大学)
  • Year and Date: 2013-09-13
  • Invited
• [Presentation] Numerical Analyses for behavior of auxin transport pattern on growing fields (2013)
  • Author(s): 中益 朗子
  • Organizer: 日本発生生物学会第46回大会
  • Place of Presentation: 松江(くにびきメッセ)
• [Presentation] The relation of a periodic pattern formation to iterative protrusion structures in Neobeckia leaves. (2012)
  • Author(s): 中益朗子、末松J.信彦、木村成介
  • Organizer: 第45回日本発生生物学会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2012-05-30
• [Remarks] 植物の複葉に見られる分岐構造の形成過程を数理モデル解析で再現。
  • URL: http://www.kyoto-su.ac.jp/department/nls/news/20141111_news.html