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植物概日時計の位相応答:その適応的意義と地理的変異

Research Project

Project/Area Number 16J04492
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Ecology/Environment
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

大原 隆之  北海道大学, 大学院環境科学院, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2016-04-22 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2017: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords概日リズム / 数理モデル / 位相応答 / 成長最適化 / ショ糖ホメオスタシス / ショ糖シグナル
Outline of Annual Research Achievements

昨年度の研究で、光合成葉における植物概日時計と炭素資源代謝のフィードバック構造を記述した数理モデルを用いて、ショ糖シグナルによる概日時計の調節が、ショ糖量の時間変動を抑制するうえで重要であることを示した。
今年度は、上述のモデルを植物全体に拡張し、光合成葉で作られたショ糖が維管束を通じてシンク組織に運ばれて、そこで成長に利用される状況を数理モデル化した。このモデルを用いて、野生型の植物とショ糖シグナルに応答出来ない変異体の成長をシミュレーションした。その結果、特に長日条件において、野生型の植物の成長が変異体の成長よりも大きくなることがわかった。この成長量の差は、野生型の植物では、光合成葉におけるショ糖変動が小さくなることによって、シンク組織へのショ糖輸送が安定化するために生じることがわかった。ショ糖シグナルのような内的環境からの刺激による概日時計の調節が、植物の成長を促進することを示したのは今回の研究が初めてである。
これまでのモデルを用いた解析から、ショ糖レベルの増加に応答して概日時計の位相が朝の間に前進することが、植物の代謝・成長の最適化に必要であることが示された。しかしながら、ショ糖シグナルが朝に位相を進めるメカニズムに関してはほとんどわかっていなかった。そこで、植物概日時計の遺伝子ネットワークモデルを拡張することで、ショ糖シグナルに応答する候補遺伝子を絞り込むことを行った。ショ糖による遺伝子制御として考えられる可能性を全て定式化し、どのような制御条件のもとで、朝に位相前進が見られるのかを調べた。その結果、朝から昼にかけて発現のピークを迎えるPRR9とPRR7の発現がショ糖増加に応じて抑制される、または夜に発現のピークを迎えるELF4とLUXが促進されると仮定した場合に、朝の間に位相が前進する、という応答特性が実現されることがわかった。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2018 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Int'l Joint Research] ケンブリッジ大学(英国)

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] CTBE(ブラジル)

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] ケンブリッジ大学(英国)

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Journal Article] Adjustment of the Arabidopsis circadian oscillator by sugar signalling dictates the regulation of starch metabolism2017

    • Author(s)
      Seki Motohide、Ohara Takayuki、Hearn Timothy J.、Frank Alexander、da Silva Viviane C. H.、Caldana Camila、Webb Alex A. R.、Satake Akiko
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 7 Issue: 1 Pages: 1-11

    • DOI

      10.1038/s41598-017-08325-y

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Photosynthetic Entrainment of the Circadian Clock Facilitates Plant Growth under Environmental Fluctuations: Perspectives from an Integrated Model of Phase Oscillator and Phloem Transportation2017

    • Author(s)
      Ohara Takayuki、Satake Akiko
    • Journal Title

      Frontiers in Plant Science

      Volume: 8 Pages: 1-12

    • DOI

      10.3389/fpls.2017.01859

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 植物概日時計の適応的な環境同調を可能にする分子メカニズム2018

    • Author(s)
      大原隆之
    • Organizer
      第65回日本生態学会大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 最適成長を可能にする植物概日時計の柔軟性.2017

    • Author(s)
      大原隆之, 佐竹暁子
    • Organizer
      日本生態学会第64回大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学早稲田キャンパス(東京都新宿区)
    • Year and Date
      2017-03-14
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Molecular mechanisms underlying photosynthetic entrainment to realize sucrose homeostasis2017

    • Author(s)
      大原隆之
    • Organizer
      第24回日本時間生物学会学術大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] The regulation of the growth of Arabidopsis thaliana by phase response of circadian clocks.2016

    • Author(s)
      大原隆之, 佐竹暁子
    • Organizer
      第23回日本時間生物学会学術大会
    • Place of Presentation
      名古屋大学東山キャンパス(愛知県名古屋市)
    • Year and Date
      2016-11-12
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Phase response of circadian clocks optimizes the growth of Arabidopsis thaliana.2016

    • Author(s)
      Takayuki Ohara, Akiko Satake
    • Organizer
      The 2016 (26th) annual meeting of The Japanese Society for Mathematical Biology
    • Place of Presentation
      九州大学伊都キャンパス(福岡県福岡市)
    • Year and Date
      2016-09-07
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Phase response of plant circadian clocks leads to robust metabolic rhythms under seasonal variations in day length.2016

    • Author(s)
      Takayuki Ohara, Motohide Seki, Alex A.R. Webb, Akiko Satake
    • Organizer
      ECMTB2016
    • Place of Presentation
      ノッティンガム(イギリス)
    • Year and Date
      2016-07-11
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The Regulation of the Growth of Arabidopsis thaliana by Phase Response of Circadian Clocks.2016

    • Author(s)
      Takayuki Ohara, Akiko Satake
    • Organizer
      International Symposium on Biological Rhythms
    • Place of Presentation
      名古屋大学東山キャンパス(愛知県名古屋市)
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

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Published: 2016-05-17   Modified: 2024-03-26  

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