| Project/Area Number |
20K15832
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 44040:Morphology and anatomical structure-related
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| Research Institution | Akita Prefectural University (2021-2022)
Nara Institute of Science and Technology (2020) |
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Principal Investigator |
津川 暁 秋田県立大学, システム科学技術学部, 助教 (20607600)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | 植物成長 / 重力屈性 / 弾性体力学 / 画像解析 / 数理モデル / 連続体力学 |
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| Outline of Research at the Start |
植物は重力に抗して茎を上に向ける重力屈性という独自の生存戦略を持つが，その屈曲過程の力学的仕組みはほとんど明らかになっていない．本研究の目的は形態空間解析と呼ぶ形態を特徴づける新しい手法によって実験データと数理モデルを対応付けて，植物の力学的仕組みを理解する方法論を確立することである．本研究では数理モデルでのみ予測可能な物理的パラメータ（屈曲強度，弾性-重力相対長）を抽出することができ，植物体が「いつどこにどのくらいの力がかかることで曲がるか」が解析可能である．本研究により，屈性研究に物理学による新しい視点を与えることで，植物特有の物性を生かした新規の機能性材料への応用が期待される．
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は，植物の重力屈性動態を決める決定因子である植物体のヤング率を実験的に測定するための技術開発に取り組み，また植物の葉の就眠屈曲運動の力学的仕組みを明らかにし，その成果を論文として発表した．今年度の助成金は，研究成果論文の英文校閲料や計算機ワークステーションの購入に充てた．
1.植物体のヤング率と膨圧の同時推定法に関する論文はScientific Reports誌に掲載された．本論文では，原子間力顕微鏡（AFM）による実験で推定される物理量は，微小ひずみ領域や半無限固体ではヘルツモデルによる細胞壁弾性（ヤング率）と考えられているが，大ひずみ領域や膨圧下にある生きた植物細胞では弾性シェル理論による細胞壁弾性（ヤング率）及び膨圧であることを明らかにした．
2.植物の葉の運動に関する論文はPlant Physiology誌に掲載された．マメ科の植物は，昼に葉を開いて夜閉じる就眠運動をはじめとして，様々な葉の運動を示す．この運動は，葉の小葉や葉柄に葉枕（ようちん）細胞が進展と収縮を起こすに起因すると考えられているが，その力学的な仕組みは明らかではない．本研究では，運動細胞の細胞壁に切れ込み様の構造（葉枕スリット）が存在することを発見し，有限要素法シミュレーションによるその進展異方性を検証した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
計画当初のデータ駆動型研究及びモデル駆動型研究の方法論が確立したことで，屈曲過程に関与する力学及び形態パラメータの抽出が可能になっている．その結果，原子間力顕微鏡による植物細胞の硬さ及び内圧の推定理論構築が可能になった．また，マメ科の葉の屈曲を起こすメカニズムとして葉枕細胞のスリット構造を同定する研究成果にまで研究を進められた．
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は，本研究成果で得たデータ解析及びモデル解析を姿勢制御に関する変異体に応用した学術成果を論文として発表することを目指している．また，当初の問いである植物体の屈曲中の細胞レベルでの動態に焦点を当て解析した根の重力屈性について学術論文として報告する予定である．
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Report
(3 results)
Research Products
(56 results)
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[Journal Article] Reduction in organ-organ friction is critical for corolla elongation in morning glory2021
Author(s)
Ayaka Shimoki, Satoru Tsugawa, Keiichiro Ohashi, Masahito Toda, Akiteru Maeno, Tomoaki Sakamoto, Seisuke Kimura, Takashi Nobusawa, Mika Nagao, Eiji Nitasaka, Taku Demura, Kiyotaka Okada, Seiji Takeda
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Journal Title
Communications Biology
Volume: 4
Issue: 1
Pages: 285-285
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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