Elucidating the functional changes of xylem parenchyma cells of Japanese cedar trees using a novel standard for determining the radial position of the trunk.

• Project/Area Number: 23K21226
• Project/Area Number (Other): 21H02262 (2021-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2021-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 40020:Wood science-related
• Research Institution: Forest Research and Management Organization
• Principal Investigator: 黒田 克史 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (90399379)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 上野 真義 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (40414479) ; 半 智史 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (40627709)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Declined (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000); Fiscal Year 2024: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2023: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2022: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2021: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: 木部柔細胞 / スギ / 辺材 / 心材 / 移行材 / 網羅的遺伝子解析 / RNA / RNA-seq / 放射方向

Outline of Research at the Start

樹木木部（幹の木材部分）は中央部の心材とそれを取り囲む辺材で構成されており、それらの割合や大きさは樹木の健全な成長や木材の価値に大きな影響を与える。辺材幅は木部柔細胞の活動に制御されると考えられているが、樹体内における木部柔細胞の機能変化は解明されていない。その主な理由は幹放射方向の位置を表す統一された基準がなかったためと考える。そこで本研究では、幹放射方向位置を明確に定義できる新しい基準を提案する。この基準を用い、また立木の状態をできるだけ保つ工夫をする実験により、木部柔細胞の分裂から細胞死までの一生を通しての機能変化（生活史）の解明を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

辺材と心材を科学的に定義づけるものは木部の生きた細胞、すなわち木部柔細胞の存在である。辺材/心材の割合は樹木の成長と耐久性のバランスを制御し樹木の長寿命に影響するため、木部柔細胞は樹木に極めて重要な細胞である。重要な細胞であるにも関わらず立木の木部柔細胞の挙動や機能は未解明である。これらの解明に向け本研究では、幹放射方向の位置を決める新しい基準として遺伝子発現が変化する点を用いたステージで区分することを提案し、この基準に従い立木内の木部柔細胞の分裂から細胞死までの一生を通しての機能変化（生活史）を解明することを目的とする。
3年目の本年度は、まず、昨年度にRNAの網羅的遺伝子解析（RNA-seq）を行った試料の近傍の木部試料を材料に、木部柔細胞の組織学的解析、木部の水分布の細胞レベルの解析を行い、（a）木部柔細胞の核がはっきり確認できる辺材部、（b）仮道管から水が消失する辺材/心材の移行部、（c）細胞小器官が維持されていない心材部を特定した。次に、上記（a）から(b)、（b）から(c)への変化部位を中心に昨年度までに行ったRNA-seqのデータの再解析を行い、（a）から(b)、（b）から(c)への変化が起きる木部部位で、遺伝子発現パターンの顕著な変化がみられることを明らかにした。これらの結果によりRNA-seqの解析から（a）辺材、（b）辺材/心材の移行部、（c）心材を規定できることを明らかにした。さらに、（a）（ｂ）に分類した遺伝子群をさらに詳細解析することにより、放射方向位置をさらに細かく分類可能なことを明らかにした。
これらの解析を進める過程で新たな発見・疑問が得られたため、研究を発展させるべく新規課題を「最終年度前年度応募」として科研費・基盤研究（A）に申請し、採択された。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Inspired by nature: Fiber networks functionalized with tannic acid and condensed tannin-rich extracts of Norway spruce bark show antimicrobial efficacy (2023)
  • Author(s): T. Jyske, J. Liimatainen, J. Tienaho, H. Brannstrom, D. Aoki, K. Kuroda, D. Reshamwala, S. Kunnas, E. Halmemies, E. Nakayama, P. Kilpalinen, A. Ora, J. Kaseva, J. Hellstrom, V. S. Marjomaki, M. Karonen, K. Fukushima
  • Journal Title: Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, section Biomaterials Volume: 11 Pages: 1171908-1171908
  • DOI: 10.3389/fbioe.2023.1171908
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] スギ樹幹半径方向のミネラル移動機構の解析―立木の中をそのまま見る工夫― (2022)
  • Author(s): 黒田克史
  • Journal Title: グリーンスピリッツ Volume: 17 Pages: 2-7
• [Presentation] 電界放出形走査電子顕微鏡(FE-SEM)によるスギ放射柔細胞の辺材中における細胞内容物の変化の解析 (2024)
  • Author(s): 半智史、荒川泉、山根健一、黒田克史、波多野友博、船田良
  • Organizer: 第74回日本木材学会大会
• [Presentation] ニセアカシア樹幹放射方向における細胞レベルの水分布の解析 (2023)
  • Author(s): 原野陽平、山根健一、黒田克史、船田良、半智史
  • Organizer: 日本木材学会大会