Theoretical understandings of leaf diversity caused by modulations of spatial periodicity on leaf peripherals
Publicly Offered Research
| Project Area | Intrinsic periodicity of cellular systems and its modulation as the driving force behind plant development |
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| Project/Area Number |
20H05421
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Biological Sciences
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
中益 朗子 熊本大学, 国際先端科学技術研究機構, 特任助教 (70614767)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥1,547,000 (Direct Cost: ¥1,190,000、Indirect Cost: ¥357,000)
Fiscal Year 2021: ¥377,000 (Direct Cost: ¥290,000、Indirect Cost: ¥87,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
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| Keywords | 形態形成 / 数理モデル / 葉の形 / パターン形成 / 葉の形態形成 |
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| Outline of Research at the Start |
周期パターンに基づいてリングを成長させると、対称で規則的な枝分かれパターンが生じる。その周期的な成長に単純な変調を作用させることで、枝の非対称性や枝分かれのタイプなど得られる形に多様性が生じる。このシンプルなモデルから生み出される形は、様々な植物の葉に見られる特徴を備えている。ある条件を設定するとほぼ定まった形が生じるので、形態形成における再現性を説明するかもしれない。
変調には様々なものが予想されるが、特に周期パターンが「別の位置情報によって変調を起こすケース」と「成長によって変調するケース」について、シミュレーションを用いた理論的な研究を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題においては葉の形状の多様性に関して、境界の周期パターン依存的に形を成長させるモデルを用いて研究を進めた。この周期的なパターンに加え、
（１）葉身上の別の位置情報による成長の変調
（２）成長からのフィードバックを受けた位置情報の変調
の二点について研究を行うことを目標としていた。（１）に関して、一般に複葉や分裂葉においては葉身上の位置情報の境界位置に基づいて葉縁の複雑性が変化する。こうした位置情報の違いはそれに基づいて生じる葉の形の多様性を生み出す。一方、凸凹を生じない単葉についてもプロポーションの違いなどにより葉の形状に多様性がみられる。単葉においても、葉身上の勾配状位置情報のサイズの違いに応じて生じる葉のプロポーションに違いが生じる可能性があることを理論的に示した。具体的に、葉身の勾配状の位置情報への応答が、二つの成長様式（①負荷成長と②拡大成長）を示したアルゴリズムで異なることを利用して、葉のプロポーションの違いを説明した。この研究内容に関して領域内でのInternational Webinar Series "From Cellular Dynamics to Morphology II"において発表の機会をいただき、関連した論文をFrontires in plantへ投稿中である。また、反応拡散パターンを葉身上で計算すると、基部をスタートとする条件で位置情報が単軸性を保てないことが分かった。また、それによって生じる形状にも多様性がみられることを示した。
（２）に関しては、葉縁細胞の成熟に伴うサイズの違いに着目した研究を行う予定であったが、思うように進まなかった。
さらに、植物の話題とは異なるが、魚の縞模様の色素パターンについて数理モデルを作成し、その後明らかになった分子的な機能との対応付けを行った。この研究に関して、国際学会Pacifichemでの発表とFrontires in Physicsにおける論文の出版を行った。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(9 results)
