細胞壁の力学的特性に注目したガス交換モジュールが構成するシステム構造の最適化

• Project Area: Elucidation of the strategies of mechanical optimization in plants toward the establishment of the bases for sustainable structure system
• Project/Area Number: 21H00367
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 水谷 未耶 名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 学振特別研究員(PD) (90836280)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥8,710,000 (Direct Cost: ¥6,700,000、Indirect Cost: ¥2,010,000); Fiscal Year 2022: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2021: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
• Keywords: 細胞間隙 / 細胞壁 / 環境適応 / 適応進化 / 形態形成

Outline of Research at the Start

本研究では、間隙と孔から成るガス交換組織の構造最適化について理解するために、苔類ゼニゴケの間隙(気孔)と孔(気室孔)をモデルとして用い、間隙発生の分子機構解明、細胞壁の物性分析による孔の開閉制御機構の解明を行うことで、ガス交換系の機能最適化の仕組みを解明する。それを踏まえて環境に応じたガス交換組織の最適化された構造を理解することを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、間隙と孔から成るガス交換組織の構造最適化について理解するために、苔類ゼニゴケの間隙(気孔)と孔(気室孔)をモデルとして用い、間隙発生の分子機構解明、細胞壁の物性分析による孔の開閉制御機構の解明を行うことで、ガス交換系の機能最適化の仕組みを解明する。それを踏まえて環境に応じたガス交換組織の最適化された構造を理解することを目指した。
前年度は、分子機構の解明においては、ゼニゴケにおいて間隙の形成を抑制する因子を単離した。さらに、気室と気室孔の形態に多様性をもつ近縁種を入手した。今年度は前年度に得られた結果をもとに、引き続き分子機構の解明を進めるとともに、単離した間隙形成抑制因子の発現量を調節することで、異なる間隙密度の植物体を作成することが出来た。また、既に単離した因子はノックアウトすることによって孔の形成が阻害されることが分かった。作成した様々な間隙密度の植物体、ガス交換系の一部を欠損した変異体、ガス交換系の構造が異なる近縁種を用い、赤外線サーモグラフィーによる蒸散量の解析、蒸散測定装置による光合成活性の測定を行った。これらの結果を総合して、間隙と孔の発生制御因子を単離して分子機構の一端を明らかにするとともに、蒸散測定や光合成活性測定を行ったことによって、気室の適応的な意義を理解する一助となる結果を得ることができた。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Image-Based Quantification of <i>Arabidopsis thaliana</i> Stomatal Aperture from Leaf Images (2023)
  • Author(s): Takagi Momoko、Hirata Rikako、Aihara Yusuke、Hayashi Yuki、Mizutani-Aihara Miya、Ando Eigo、Yoshimura-Kono Megumi、Tomiyama Masakazu、Kinoshita Toshinori、Mine Akira、Toda Yosuke
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: - Issue: 11 Pages: 1301-1310
  • DOI: 10.1093/pcp/pcad018
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Type 2C protein phosphatase clade D family members dephosphorylate guard cell plasma membrane H+-ATPase (2021)
  • Author(s): Akiyama Mitsumasa、Sugimoto Hodaka、Inoue Shin-ichiro、Takahashi Yohei、Hayashi Maki、Hayashi Yuki、Mizutani Miya、Ogawa Takumi、Kinoshita Daichi、Ando Eigo、Park Meeyeon、Gray William M、Kinoshita Toshinori
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: 188 Issue: 4 Pages: 2228-2240
  • DOI: 10.1093/plphys/kiab571
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 陸上植物におけるガス交換系の発生と環境への適応 (2022)
  • Author(s): ○水谷 未耶、内橋 貴之、Ganser Christian、林 優紀、大川 諒也、大西 (小川) 真理、松林 嘉克、西浜 竜一、木下 俊則、石崎 公庸、河内 孝之、東山 哲也、金岡 雅浩
  • Organizer: 植物学会 2aSA04
• [Presentation] 植物の光合成を担う細胞間隙発生の分子機構と最適化構造 (2022)
  • Author(s): 〇水谷未耶
  • Organizer: 2022年度日本建築学会大会