Mathematical study on the formation and diversity of leaf vein patterns
| Project/Area Number |
19K06733
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 44030:Plant molecular biology and physiology-related
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| Research Institution | Center for Novel Science Initatives, National Institutes of Natural Sciences |
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Principal Investigator |
Hironori Fujita 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, アストロバイオロジーセンター, 助教 (10552979)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2021: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2020: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2019: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
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| Keywords | 数理モデル / パターン形成 / 植物発生 / 葉脈パターン / オーキシン(auxin) / PIN1 / 自己組織化 / 葉脈 / オーキシン / 数理モデル解析 / オーキシン極性輸送 / 葉脈パターン形成 / Auxin-PIN1相互制御 / 自己組織的パターン形成 / auxin-PIN1相互制御 / 維管束形成 |
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| Outline of Research at the Start |
葉脈は葉に形成される維管束であり、そのパターンは植物種に依存して顕著な多様性を示す。葉脈（維管束）形成には、植物ホルモンAuxinとその輸送体PIN1の相互制御が重要である事が知られている一方で、その形成機構およびパターン多様性の生成機構に関しては未だ十分に理解されている訳ではない。そこで本研究では、数理的手法（理論的解析およびコンピュータ・シミュレーション）を用いて、PIN1に依存しない維管束形成機構、および網状脈（ループ状構造）パターンの生成機構を解明する事を計画している。これにより、生命における自己組織的パターンの形成・制御および多様性の創出機構の理解を目指す。
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| Outline of Final Research Achievements |
(1) The vascular pattern of plants is explained by mutual regulation of the plant hormone auxin and its membrane transporter PIN1. However, on the other hand, it has been reported that PIN1-independent vascular is formed. Here, this study showed that vascular pattern can be generated by considering PGP, an auxin transporter other than PIN1.
(2) Auxin-PIN1 mutual regulation generates two types of self-organizing patterns of auxin polar transport and spot-like auxin accumulation. We previously showed that the former control can produce various leaf vein patterns, but it was difficult to reproduce the reticular vein pattern. Here we showed that reticular vein pattern can be explained by considering the interaction between the two regulations.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
自然界、特に生物においては、様々な時空間的な自己組織的パターンが見られる。その中で、葉脈は植物の葉に形成される維管束であり、とても身近な存在であると同時に、羽状脈、平行脈、二又脈、掌状脈等、非常に多様なパターンを示すことが一般にもよく知られている。今回の研究成果は、その維管束の形成機構および葉脈の示すパターン多様性の形成機構に関して、分子的機構に関しての理解を深めるものである。
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Report
(4 results)
Research Products
(10 results)
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[Journal Article] Assessment of Polygala paniculata (Polygalaceae) characteristics for evolutionary studies of legume-rhizobia symbiosis2020
Author(s)
Tokumoto Y, Hashimoto K, Soyano T, Aoki S, Iwasaki W, Fukuhara M, Nakagawa T, Saeki K, Yokoyama J, Fujita H, Kawaguchi M
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Journal Title
J Plant Res.
Volume: 133
Issue: 1
Pages: 109-122
DOI
NAID
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