葉枕の力学的な可塑性を担う細胞壁発達制御メカニズムの解析
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20K06707
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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 | Kumamoto University (2023)
Nara Institute of Science and Technology (2020-2022) |
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Principal Investigator |
中田 未友希 (高原 未友希 / 中田未友希) 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 准教授 (60707579)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2020: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
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| Keywords | 葉枕スリット / 葉の運動 / 細胞壁 / 組織構造 / マイクロフォーカスX線CT / マメ科植物 / アオイ科植物 / 組織構造の解剖学的解析 / 葉枕 / 力学特性 / 力学的可塑性 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、一般的な組織とは異なるユニークな力学的特性を持つ組織として、マメ科植物の「葉枕」に着目する。葉枕はマメ科植物の葉の日周性の運動(就眠運動)や刺激に応答した素早い運動(オジギ運動など)を司る組織であり、伸展と収縮の反復を可能にする力学的な可塑性を有する。本研究では、葉枕の力学的な可塑性を担う細胞壁の構成や修飾状態を明らかにし、その発達過程を制御するメカニズムを遺伝子レベルで明らかにすることを目指す。本研究が完成した場合、再生可能な植物細胞壁を原料とした伸縮性素材の開発といった産業応用につながることが期待される。
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| Outline of Annual Research Achievements |
マメ科ではほぼ全ての植物種で葉枕構造や運動性が観察されるのに対し、アオイ科では葉枕の有無や形状、葉の運動性の多様度が非常に高いことから、アオイ科のモデルとしてケナフに着目し、葉の運動性と組織構造について調べた。ケナフにおいて、葉の向日性の動きが顕著に見られることがわかったため、葉枕の形状と内部の組織構造との関連性を調べることとした。diceCT法を用いて内部コントラストを増強したケナフ葉枕をマイクロフォーカスX線CTで撮影し、3D-CT画像の半自動定量解析のためのワークフローで開発した。このワークフローは３つのステップから構成される。１つ目は葉枕の中央線の多項式近似と中央線の曲率分析のステップ、２つ目はグレーバリュー解析による局所閾値マップの構築のステップ、３つ目は抽出した組織構造のメッシュを用いた組織パラメータの算出と統計解析である。これらのステップのほとんどはPythonプログラムにより自動で解析・処理される。1つ目のステップを開発する過程で、ケナフの葉枕の形状が、極座標多項式回帰により近似でき、渦巻きの巻き始めと形態的に類似していることがわかった。また、２つ目のステップの開発の過程で、葉枕のX線吸収量には葉枕の曲がった内側と外側、葉柄に違い側と葉身に近い側でそれぞれ違いがあることを見出した。そのため、葉ごとにグレーバリューを解析し、閾値マップを求める必要があることがわかった。得られたパラメータでネットワーク解析やLASSO解析を行なったところ、曲率とサイズ標準化した皮層の断面積の関連性が見出され、曲率がサイズ標準化した皮層の断面積の5乗に比例することを見出した。本研究の成果をJournal of Plant Research誌において発表した(doi: 10.1007/s10265-023-01498-w)。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2023年10月に熊本大学に准教授として着任し、異動の前後で研究を中断せざるをえなかったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
葉枕や葉の運動の多様性について引き続き調査を進めるとともに、アオイ科の葉枕の多様性についてケナフ以外の植物種の3DCT画像の分析も行い、比較解析を行う。また、かねてより準備を行なっているマメ科のモデル種を用いた遺伝学的分析について、葉枕スリットに関連する遺伝子の解析も進める。
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Report
(4 results)
Research Products
(12 results)
