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あまのじゃく細胞から紐解く藻類走光性の生理的意義の解明

Publicly Offered Research

Project AreaSingularity biology
Project/Area Number 21H00420
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Complex systems
Research InstitutionKyoto Sangyo University (2022)
Tokyo Institute of Technology (2021)

Principal Investigator

若林 憲一  京都産業大学, 生命科学部, 教授 (80420248)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywordsクラミドモナス / 走光性 / 走化性 / 変異株 / 繊毛 / 光受容 / 緑藻 / レドックス / ROS / 活性酸素種 / イメージング
Outline of Research at the Start

単細胞緑藻クラミドモナスは、生物の光反応行動のモデル生物である。我々はこれまで、クラミドモナスが示す走光性の正負の切り替えが、細胞内の活性酸素種(ROS)量の変動によるものであり、ROSが多くなると正、少なくなると負の走光性を示すことを示してきた。しかし、遺伝的なクローンであるクラミドモナス野生株細胞群を同一培養液から取り出して走光性実験を行っても、正と負の走光性を示す群に分かれる。そして、大多数が正の走光性を示すような光条件で長時間観察していると、数十分かけて全体が負の走光性を示すようになる。この走光性符号の遷移が細胞内ROS量変動とリンクしているか否かを解明することを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

モデル真核緑藻クラミドモナスは、2本の繊毛を使って泳ぐ。眼点で光源の方向と光の強さを感受し、そのときに細胞内の状態に依存して正または負の走光性を示す。これまでの我々の研究から、この「細胞内の状態」で最も強く影響を与えるのは細胞内活性酸素種(ROS)量であることがわかった。しかし、クローンであるはずのクラミドモナス野生株を培養して光刺激をした際、たとえば90%以上の細胞が正の走光性を示すときでも、かならず10%程度負の走光性を示す細胞がある。そして、光照射を20分ほど続けると、最終的にほぼ全ての細胞が遊泳方向を逆転させる。今回の研究では、この「最初から逆走する細胞がいること」「最終的にほぼ全ての細胞が逆走すること」をシンギュラリティ現象の一種と考え、その発生メカニズムと藻類にとっての生理的意義を解明することを目的として行った。
令和4年度は、細胞内のH2O2の可視化を試みた。先行研究で開発されたセンサーのベクターを購入し、野生株細胞への導入を試みたが、残念ながら多様かつ多数の試行錯誤にも関わらず、観察に足る十分な発現量の株を得ることができなかった。これについては現在も試行錯誤を続けているところである。
一方で、本領域の掲げるシンギュラリティ現象と思われる現象を見出すことができた。他の細胞に先行して正の走光性を示す細胞がなんらかの化学物質を分泌し、他の細胞の正の走化性を誘導している可能性が見出された。この成果を見出しつつあるところで藻類培養インキュベーターが故障したため、課題を繰り越した。
令和5年度は、インキュベーターの修理後、走化性現象の再検証を行った。その結果、強光ストレスを受けている細胞が誘引物質を分泌していることが判明した。従来走光性だと考えられていた現象の少なくとも一部に走化性が含まれていることを示唆する。今後この走化性誘導物質の同定を目指す。

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。

Report

(2 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (69 results)

All 2024 2023 2022 2021 Other

All Journal Article (19 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 19 results,  Open Access: 13 results) Presentation (47 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 2 results) Book (2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Changes in intracellular energetic and metabolite states due to increased galactolipid levels in Synechococcus elongatus PCC 79422023

    • Author(s)
      Kondo Kumiko、Yoshimi Rina、Apdila Egi Tritya、Wakabayashi Ken-ichi、Awai Koichiro、Hisabori Toru
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 13 Issue: 1 Pages: 259-259

    • DOI

      10.1038/s41598-022-26760-4

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Two specific domains of the γ subunit of chloroplast F <sub>o</sub> F <sub>1</sub> provide redox regulation of the ATP synthesis through conformational changes2023

    • Author(s)
      Akiyama Kentaro、Ozawa Shin-Ichiro、Takahashi Yuichiro、Yoshida Keisuke、Suzuki Toshiharu、Kondo Kumiko、Wakabayashi Ken-ichi、Hisabori Toru
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      Volume: 120 Issue: 6

    • DOI

      10.1073/pnas.2218187120

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  • [Journal Article] Cells collectively migrate during ammonium chemotaxis in Chlamydomonas reinhardtii2023

    • Author(s)
      G. Nelson, A. Strain, A. Isu, A. Rahnama, K. Wakabayashi, A. T. Melvin, N. Kato
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 13 Issue: 1 Pages: 10781-10781

    • DOI

      10.1038/s41598-023-36818-6

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Mechanoresponses mediated by the TRP11 channel in cilia of Chlamydomonas reinhardtii2023

    • Author(s)
      D. Oshima, M. Yoshida, K. Saga, N. Ito, M. Tsuji, A. Isu, N. Watanabe, K. Wakabayashi, K. Yoshimura
    • Journal Title

      iScience

      Volume: 26 Issue: 10 Pages: 107926-107926

    • DOI

      10.1016/j.isci.2023.107926

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    • Author(s)
      A. Machida, K. Kondo, K. Wakabayashi, K. Tanaka, T. Hisabori
    • Journal Title

      Plant and Cell Physiology

      Volume: 64 Issue: 12 Pages: 1590-1600

    • DOI

      10.1093/pcp/pcad109

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    • Author(s)
      Fukui K, Yoshida K, Yokochi Y, Sekiguchi T, Wakabayashi KI, Hisabori T, Mihara S.
    • Journal Title

      Plant Cell Physiol.

      Volume: in press Issue: 6 Pages: 855-868

    • DOI

      10.1093/pcp/pcac050

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    • Author(s)
      Fukushi Y, Yokochi Y, Wakabayashi KI, Yoshida K, Hisabori T.
    • Journal Title

      Antioxidants

      Volume: 11 Issue: 4 Pages: 773-773

    • DOI

      10.3390/antiox11040773

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Reactivation of Demembranated Cell Models in &lt;em&gt;Chlamydomonas reinhardtii&lt;/em&gt;2022

    • Author(s)
      Ueki Noriko、Isu Atsuko、Wakabayashi Ken-ichi
    • Journal Title

      Journal of Visualized Experiments

      Volume: 183 Issue: 183

    • DOI

      10.3791/63869

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  • [Journal Article] Observation of Photobehavior in &lt;em&gt;Chlamydomonas reinhardtii&lt;/em&gt;2022

    • Author(s)
      Ueki Noriko、Isu Atsuko、Kyuji Ayaka、Asahina Yuma、So Satoaki、Takahashi Rina、Hisabori Toru、Wakabayashi Ken-ichi
    • Journal Title

      Journal of Visualized Experiments

      Volume: 183 Issue: 183

    • DOI

      10.3791/63961

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  • [Journal Article] Dissipation of the proton electrochemical gradient in chloroplasts promotes the oxidation of ATP synthase by thioredoxin-like proteins2022

    • Author(s)
      Sekiguchi T., Yoshida K., Wakabayashi K-I., Hisabori T.*
    • Journal Title

      J. Biol. Chem.

      Volume: 298 Issue: 11 Pages: 102541-102541

    • DOI

      10.1016/j.jbc.2022.102541

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] The mammalian-type thioredoxin reductase 1 confers a high-light tolerance to the green alga Chlamydomonas reinhardtii2022

    • Author(s)
      Asahina Yuma、Sakamoto Kazuma、Hisabori Toru、Wakabayashi Ken-ichi
    • Journal Title

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      Volume: 596 Pages: 97-103

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2022.01.088

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  • [Journal Article] Channelrhodopsin-Dependent Photo-Behavioral Responses in the Unicellular Green Alga Chlamydomonas reinhardtii2021

    • Author(s)
      Wakabayashi Ken-ichi、Isu Atsuko、Ueki Noriko
    • Journal Title

      Optogenetics (Advances in Experimental Medicine and Biology), 2nd ed.

      Volume: 1293 Pages: 21-33

    • DOI

      10.1007/978-981-15-8763-4_2

    • ISBN
      9789811587627, 9789811587634
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  • [Journal Article] Characterization of Chlamydomonas reinhardtii Mutants That Exhibit Strong Positive Phototaxis2021

    • Author(s)
      Morishita Jun、Tokutsu Ryutaro、Minagawa Jun、Hisabori Toru、Wakabayashi Ken-ichi
    • Journal Title

      Plants

      Volume: 10 Issue: 7 Pages: 1483-1483

    • DOI

      10.3390/plants10071483

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  • [Journal Article] Thioredoxin pathway in Anabaena sp. PCC 7120: activity of NADPH-thioredoxin reductase C2021

    • Author(s)
      Deschoenmaeker Frederic、Mihara Shoko、Niwa Tatsuya、Taguchi Hideki、Wakabayashi Ken-Ichi、Toyoshima Masakazu、Shimizu Hiroshi、Hisabori Toru
    • Journal Title

      The Journal of Biochemistry

      Volume: - Issue: 6 Pages: 709-719

    • DOI

      10.1093/jb/mvab014

    • NAID

      40022687787

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  • [Journal Article] Monitoring cellular redox dynamics using newly developed BRET-based redox sensor proteins2021

    • Author(s)
      Fu Nae、Sugiura Kazunori、Kondo Kumiko、Nakamura Shungo、Wakabayashi Ken-ichi、Hisabori Toru
    • Journal Title

      Journal of Biological Chemistry

      Volume: 297 Issue: 4 Pages: 101186-101186

    • DOI

      10.1016/j.jbc.2021.101186

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    • Author(s)
      Kutomi O, Yamamoto R, Hirose K, Mizuno K, Nakagiri Y, , , , , , , Shibata D, Shibata M, Shiba K, Kita M, Kigoshi H, Tanaka Y, Yamasaki Y, Asahina Y, Song C, Nomura M, Nomura M, Nakajima A, Nakachi M, Yamada L, Nakazawa S, Sawada H, Murata K, Mitsuoka K, Ishikawa T, Wakabayashi K, Kon T, Inaba K
    • Journal Title

      Science Advances

      Volume: 7 Issue: 9

    • DOI

      10.1126/sciadv.abf3621

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    • Author(s)
      Yokochi Y., Yoshida K., Hahn F., Miyagi A., Wakabayashi K-I., Kawai-Yamada M., Weber A. P. M., Hisabori T.
    • Journal Title

      Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.

      Volume: 118 Issue: 6

    • DOI

      10.1073/pnas.2016903118

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  • [Journal Article] Oxidative regulation of chloroplast enzymes by thioredoxin and thioredoxin-like proteins in <i>Arabidopsis thaliana</i>2021

    • Author(s)
      Yokochi Yuichi、Fukushi Yuka、Wakabayashi Ken-ichi、Yoshida Keisuke、Hisabori Toru
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      Volume: 118 Issue: 51

    • DOI

      10.1073/pnas.2114952118

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    • Author(s)
      Tanno Asuka、Tokutsu Ryutaro、Arakaki Yoko、Ueki Noriko、Minagawa Jun、Yoshimura Kenjiro、Hisabori Toru、Nozaki Hisayoshi、Wakabayashi Ken-ichi
    • Journal Title

      PLOS ONE

      Volume: 16 Issue: 10 Pages: e0259138-e0259138

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0259138

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      植木紀子、若林憲一
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      Kazuma Sakamoto, Akira Noga, Keisuke Ueno, Toru Hisabori, Ken-ichi Wakabayashi
    • Organizer
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      Noriko Ueki, Ken-ichi Wakabayashi
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      The 20th International Conference on the Cell and Molecular Biology of Chlamydomonas
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      Noriko Ueki, Ken-ichi Wakabayashi
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      Noriko Ueki, Ken-ichi Wakabayashi
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      第12回日本光合成学会年会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] シアノバクテリアSynechococcus elongatus PCC 7942のチラコイド膜脂質合成経路の改変による細胞内の変化2022

    • Author(s)
      近藤久益子,吉見里奈, Egi Tritya Apdila, 若林憲一,粟井光一郎, 久堀徹
    • Organizer
      第12回日本光合成学会年会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] クラミドモナス繊毛交互打ち変異株の単離と解析2022

    • Author(s)
      坂本一馬, 井須敦子, 久堀徹, 若林憲一
    • Organizer
      日本動物学会第93回大会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Analysis of a Chlamydomonas mutant showing alternate ciliary beatings2022

    • Author(s)
      坂本一馬, 井須敦子, 久堀徹, 若林憲一
    • Organizer
      第60回日本生物物理学会年会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Trx様タンパク質による葉緑体ATP合成酵素の不活性化制御2022

    • Author(s)
      関口敬俊, 吉田啓亮, 若林憲一, 久堀徹
    • Organizer
      第95回日本生化学会大会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 葉緑体ATP合成酵素のレドックス制御機構:γサブユニットのβ-hairpin構造とRedox loop構造の協調と活性調節2022

    • Author(s)
      秋山健太郎、小澤真一郎、高橋裕一郎、若林憲一、久堀徹
    • Organizer
      第48回日本生体エネルギー研究会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 強い負の走光性を示す緑藻クラミドモナス新規変異株の単離と解析2022

    • Author(s)
      宋 叡陽, 植木 紀子, 中島 昌子, 坂本 一 馬, 山口 勝司, 久堀 徹, 廣野 雅文, 若林 憲一
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      生体運動研究合同班会議
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  • [Presentation] 長時間露光によるクラミドモナスの走光性符号変動2022

    • Author(s)
      朝比奈 佑磨, 久堀 徹, 若林 憲一
    • Organizer
      生体運動研究合同班会議
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Photobehavior and its significance studied using the Volvocales green algae with different cell numbers: Chlamydomonas, Tetrabaena, and Volvox2022

    • Author(s)
      若林憲一
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      German-Japanese Meeting 2022 "Green Aquatic Biology: Ecology meets Synthetic Biology"
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 強い負の走光性を示す緑藻クラミドモナス新規変異株の単離と解析2022

    • Author(s)
      宋 叡陽, 植木 紀子, 中島 昌子, 坂本 一 馬, 山口 勝司, 久堀 徹, 廣野 雅文, 若林 憲一
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      第15回クラミドモナス研究会
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  • [Presentation] 長時間露光によるクラミドモナスの走光性符号変動2022

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      朝比奈 佑磨, 久堀 徹, 若林 憲一
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      第15回クラミドモナス研究会
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  • [Presentation] クラミドモナスの走熱性をつかさどるTRPチャネル2022

    • Author(s)
      笛木 俊太, 亀田 重賢, 吉田 愛美, 井須 敦子, 若林憲一, 吉村 建二郎
    • Organizer
      第15回クラミドモナス研究会
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  • [Presentation] 葉緑体ATP合成酵素研究:クラミドモナスでできること2022

    • Author(s)
      秋山 健太郎, 小澤 真一郎, 高橋 裕一郎, 若林 憲一, 久堀 徹
    • Organizer
      第15回クラミドモナス研究会
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  • [Presentation] 緑藻ボルボックス目における個体サイズと鞭毛光反応の協調的進化2022

    • Author(s)
      植木紀子、若林憲一
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      第15回クラミドモナス研究会
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  • [Presentation] 色素体セリン合成系酵素3-ホスホグリセリン酸デヒドロゲナーゼのリン酸化2022

    • Author(s)
      上村柚紀子、吉田啓亮、Chris White-Gloria、Greg B. Moorhead、若林憲一、久堀徹
    • Organizer
      第63回日本植物生理学会年会
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  • [Presentation] Functional interaction between Cystathionine-beta-synthase X proteins and NADPH-thioredoxin reductase C in Arabidopsis thaliana2022

    • Author(s)
      Minh Chau Tran, Shoko Mihara, Ken-ichi Wakabayashi, Keisuke Yoshida, Toru Hisabori
    • Organizer
      第63回日本植物生理学会年会
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  • [Presentation] シロイヌナズナ葉緑体内におけるTrxおよびTrx様タンパク質による酸化制御2022

    • Author(s)
      福士結香、横地佑一、若林憲一、吉田啓亮、久堀徹
    • Organizer
      第63回日本植物生理学会年会
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  • [Presentation] Trx様タンパク質による葉緑体ATP合成酵素の不活性化制御2022

    • Author(s)
      関口敬俊、吉田啓亮、若林憲一、久堀徹
    • Organizer
      第63回日本植物生理学会年会
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  • [Presentation] 緑藻テトラバエナ(シアワセモ)の光行動と光防御能2022

    • Author(s)
      丹野明日翔, 得津隆太郎, 新垣陽子, 植木紀子, 皆川純, 吉村建二郎,久堀徹,野崎久義,若林憲一
    • Organizer
      第63回日本植物生理学会年会
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  • [Presentation] チオレドキシン様タンパク質による葉緑体ATP合成酵素の酸化制御2021

    • Author(s)
      関口敬俊、吉田啓亮、若林憲一、久堀徹
    • Organizer
      日本光合成学会2021年年会
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  • [Presentation] Significance of phototaxis in the unicellular green alga Chlamydomonas reinhardtii revealed by “perverse” cells2021

    • Author(s)
      若林憲一
    • Organizer
      第59回日本生物物理学会年会
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    • Invited
  • [Presentation] Trx様タンパク質による葉緑体ATP合成酵素の不活性化制御2021

    • Author(s)
      関口敬俊、吉田啓亮、若林憲一、久堀徹
    • Organizer
      日本生体エネルギー研究会第47回討論会
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  • [Presentation] シアノバクテリアATP合成酵素αサブユニットのY252C変異2021

    • Author(s)
      町田亮人、近藤久益子、若林憲一、久堀徹
    • Organizer
      日本生体エネルギー研究会第47回討論会
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  • [Book] he Chlamydomonas Sourcebook 3rd ed., Vol. 3, Chap. 162023

    • Author(s)
      Dieckmann, C., Wakabayashi, K., Hegemann, P., Kreimer, G.
    • Total Pages
      470
    • Publisher
      Elsevier
    • ISBN
      9780128225080
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  • [Book] 分子細胞生物学 第9版2023

    • Author(s)
      Lodish,Berk,Kaiser,Krieger,Bretscher, Ploegh, Martin, Yaffe, Amon著,堅田利明,須藤和夫,山本啓一監訳, 岩井佳子,上村慎治,北川大樹,齋藤康太,坪井貴司,富田泰輔,名黒功,仁科博史,宮澤恵二,山本啓一,若林憲一訳
    • Total Pages
      1112
    • Publisher
      東京化学同人
    • ISBN
      9784807920518
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  • [Remarks] 京都産業大学生命科学部 若林研究室ウェブサイト

    • URL

      https://www.cc.kyoto-su.ac.jp/professors/ls/wakabayashi/index.html

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Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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