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2020 Fiscal Year Annual Research Report

植物構造システム形成における内生・外生プログラムによる力学的最適化

Planned Research

Project AreaElucidation of the strategies of mechanical optimization in plants toward the establishment of the bases for sustainable structure system
Project/Area Number 18H05487
Research InstitutionKumamoto University

Principal Investigator

澤 進一郎  熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 教授 (00315748)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) Ferjani Ali  東京学芸大学, 教育学部, 准教授 (20530380)
Project Period (FY) 2018-06-29 – 2023-03-31
Keywords機械刺激 / 植物形態形成最適化戦略システム / clv3 det3 / X線CTスキャン / 根系構造
Outline of Annual Research Achievements

これまで、植物が機械刺激を内生発生プログラムに反映し利用している可能性については、ほとんど議論されていない。多くの植物発生研究者が、研究手法の確
立した分子生物学的・遺伝学的研究を行っている状況の中で、植物を対象とした張力測定や張力の人為的なコントロールといった機械刺激を扱う実験手法が確立
されてこなかったことがその要因である。本研究では、植物がもつ2種類の構造システム形成戦略、(1)表皮のタガとしての機能と内部構造の最適化戦略シス
テム、および、(2)重力を含む機械刺激による根系形成の最適化戦略システム、を読み解くことで、機械刺激が植物の形態形成を制御し、力学的構造最適化を図るしくみを明らかにする。
研究項目(1)では、奈良先端大の細川と協働し、領域内のサステナブル構造システム教育研究支援センター(SSSC、奈良先端大)にAFMによる新たな測定系(シロイヌナズナの根の表面を測定する実験系)を立ち上げた。これにより、植物の根の表面の張力測定が可能となった。また、clv3 det3突然変異体について、茎の表面の堅さをAFM等で測定することなどで、表皮がタガとして機能する事を示唆し、論文として報告した。サプレッサー突然変異体について、原因遺伝子の特定を試みつつ、分子遺伝学的解析を進めた。
研究項目(2)ではX線CTスキャンと引っ張り試験機を用いて、また、3Dプリンターを用いてモデルを作成し、根茎が与える植物の地盤への支持機能について調査した。さらに、シロイヌナズナだけでなく、マメ科植物等を新たに用いて、根が成長しつつ地中を伸長できる仕組みについて研究を行った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度は、研究項目(1)について、表皮がタガとして機能する事を示唆する論文を発表した。Asaoka, M,. Ooe, M., Gunji, S., Milani, P., Runel, G., Horiguchi, G., Hamant, O., Sawa, S., Tsukaya, H., and Ferjani, A. (2021) Stem integrity in Arabidopsis thaliana requires a load-bearing epidermis. Development, 148, dev198028. doi:10.1242/dev.198028。
また、研究項目(2)について、根茎構造の観察実験系などに関してX線CTスキャンを用いた実験系を提案する論文を発表した。Yoshida, Y., Arita, T,. Otani, J., and Sawa, S. (2020) Visualization of Toyoura sand-grown plant roots by X-ray computer tomography. Plant Biotech. 37. 481-484.
以上のように、論文として発表出来るほど、各研究項目についてまとまりがでてきた。

Strategy for Future Research Activity

研究項目(1)について、根の内部発生と表皮との力学的な関係をより詳細に調べるために、イネを用いて根瘤形成に関わる遺伝子の同定をめざす。
研究項目(2)について、コンピューターシミュレーションなどドライな実験系も導入し、根の土壌へ侵入する力学的な仕組みについて、より詳細に解析する。

  • Research Products

    (34 results)

All 2021 2020

All Journal Article (19 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Peer Reviewed: 19 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 4 results)

  • [Journal Article] A new form of the mycoheterotrophic plant Lecanorchis nigricans var. patipetala (Orchidaceae) from Tokyo, Japan2021

    • Author(s)
      Fukunaga, H., Kitada, Y., Kawamura, N., and Sawa, S.
    • Journal Title

      Orchid Digest

      Volume: 85 Pages: 48-50.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Stem integrity in Arabidopsis thaliana requires a load-bearing epidermis2021

    • Author(s)
      Asaoka Mariko、Ooe Mao、Gunji Shizuka、Milani Pascale、Runel Gael、Horiguchi Gorou、Hamant Olivier、Sawa Shinichiro、Tsukaya Hirokazu、Ferjani Ali
    • Journal Title

      Development

      Volume: 148 Pages: -

    • DOI

      10.1242/dev.198028

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Calcium sulfate and calcium carbonate as root-knot-nematode attractants and possible trap materials to protect crop plants2021

    • Author(s)
      Toyoda Syuuto、Oota Morihiro、Ishikawa Hayato、Sawa Shinichiro
    • Journal Title

      Plant Biotechnology

      Volume: 38 Pages: 157~159

    • DOI

      10.5511/plantbiotechnology.20.0806a

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Database mining of plant peptide homologues2021

    • Author(s)
      Yuan Na、Furumizu Chihiro、Zhang Baolong、Sawa Shinichiro
    • Journal Title

      Plant Biotechnology

      Volume: 38 Pages: 137~143

    • DOI

      10.5511/plantbiotechnology.20.0720a

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A ClearSee-based clearing protocol for 3D visualization of Arabidopsis tahaliana embryos2021

    • Author(s)
      Imoto, A., Yamada, M., Sakamoto, T., Okuyama, A., Ishida, T., Sawa, S., and Aida, M. A
    • Journal Title

      Plants

      Volume: 10 Pages: 190

    • DOI

      10.3390/plants10020190

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The Root-Knot Nematode Effector MiEFF18 interacts with the Plant Core Spliceosomal Protein SmD1 Required for Giant Cell Formation2021

    • Author(s)
      Mejias, J., bazin, J., Truong, N-M., Chen, Y., Marteu, N., Bouteiller, N., Sawa, S., Crespi, M. D., Vaucheret, H., Abad, P., Favery, B., and Quentin, M.
    • Journal Title

      New Phytol.

      Volume: 229 Pages: 3408-3423

    • DOI

      10.1111/nph.17089

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Insight into early diversification of leucine-rich repeat receptor-like kinases provided by the sequenced moss and hornwort genomes2021

    • Author(s)
      Furumizu, C., and Sawa, S
    • Journal Title

      Plant Mol. Biol

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1007/s11103-020-01100-0

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Developmental Modification under Biotic Interactions in Plants2020

    • Author(s)
      Sawa, S., Sato, M. H., and Favery, B.
    • Journal Title

      Frontiers in Plant Science

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.3389/fpls.2020.619804

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Development of a dynamic imaging method for gravitropism in pea sprouts using clinical magnetic resonance imaging system2020

    • Author(s)
      Nakai, R., Azuma, T., Nakaso, Y., Sawa, S., and Demura, T.
    • Journal Title

      Plant Biotech

      Volume: 37 Pages: 437-442

    • DOI

      10.5511/plantbiotechnology.20.1020a

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Visualization of Toyoura sand-grown plant roots by X-ray computer tomography.2020

    • Author(s)
      Yoshida, Y., Arita, T,. Otani, J., and Sawa, S
    • Journal Title

      Plant Biotech.

      Volume: 37 Pages: 481-484

    • DOI

      10.5511/plantbiotechnology.20.0819a

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Induction of multichotomous branching by CLAVATA peptide in Marchantia polymorpha.2020

    • Author(s)
      Hirakawa, Y., Fujimoto, T., Ishida, S., Uchida, N., Sawa, S., Kiyosue, T., Ishizaki, K., Nishihama, R., Kohchi, T., and Bowman, J.L.,
    • Journal Title

      Curr. Biol

      Volume: 30 Pages: 3833-3840

    • DOI

      10.1016/j.cub.2020.07.016

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Chemotactic host-finding strategies of plant endoparasites and endophytes2020

    • Author(s)
      Tsai, A, Y-L., Oota, M., and Sawa, S
    • Journal Title

      Frontiers in Plant Science

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.3389/fpls.2020.01167

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The Sequenced Genomes of Non-Seed Land Plants Reveal the (R)Evolutionary History of Peptide Signaling.2020

    • Author(s)
      Chihiro Furumizu, Anders K. Krabberod, Marta Hammerstad, Renate M. Alling, Mari Wildhagen, Shinichiro Sawa, Reidunn B. Aalen
    • Journal Title

      bioRxiv

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1101/2020.06.02.130120

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] The atypical E2F transcription factor DEL1 modulates growth-defense tradeoffs of host plants during root-knot nematode infection2020

    • Author(s)
      Nakagami, S., Saeki, K., Toda, K., Ishida, T., and Sawa, S.
    • Journal Title

      Scientific Rep

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1038/s41598-020-65733-3

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Root-knot nematodes modulate cell walls during root-knot formation in Arabidopsis roots2020

    • Author(s)
      Ishida, T., Suzuki R., Nakagami, S., Kuroha, T., Sakamoto S., Nakata, M. T., Yokoyama, R., Kumura, S., Mitsuda, N., Nishitani, K., and Sawa, S.
    • Journal Title

      J. Plant Res

      Volume: 133 Pages: 419-428

    • DOI

      10.1007/s10265-020-01186-z

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Callose synthesis suppresses cell death induced by low-calcium conditions in Arabidopsis leaves2020

    • Author(s)
      Shikanai, Y., Yoshida, R., Hirano, T., Enomoto, Y., Li, B., Asada, M., Yamagami, M., Yamaguchi, K., Shigenobu, S., Tabata, R., Sawa, S., Okada, H., Ohya, Y., Kamiya, T., and Fujiwara, T
    • Journal Title

      Plant Physiol

      Volume: 182 Pages: 2199-2122

    • DOI

      10.1104/pp.19.00784

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Root-knot nematodes induce gall formation by recruiting developmental pathways of post-embryonic organogenesis and regeneration to promote pluripotency2020

    • Author(s)
      Olmo, R., Cabrera, J., Diaz-Manzano, F., Ruiz-Ferrer, V., Barcala, M., Ishida, T., Garcia A., Andres, M., Lara, S.R., Verdugo, I., Ochoa, M., Fukaki, H., del Pozo, J. C., Moreno-Risueno, M., Kyndt, T., Gheysen L., Fenoll, C., Sawa, S., and Escobar, C.
    • Journal Title

      New Phytologist

      Volume: 227 Pages: 210-215

    • DOI

      10.1111/nph.16521

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A method for evaluating root-knot nematode infection in rice using a transparent paper pouch.2020

    • Author(s)
      Sunohara, H., Kaida, S., and Sawa, S
    • Journal Title

      Plant Biotechnology.

      Volume: 37 Pages: 343-347

    • DOI

      10.5511/plantbiotechnology.20.0210a

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Identification of naturally-occurring polyamines as nematode Meloidogyne incognita attractants2020

    • Author(s)
      Oota, M., Tsai, A, Y-L., Aoki, D., Matsushita, Y., Toyoda, S., Fukushima, K., Saeki, K., Toda, K., Perfus-Barbeoch, L., Favery, B., Ishikawa, H., and Sawa, S.
    • Journal Title

      Mol. Plant

      Volume: 13 Pages: 358-665

    • DOI

      10.1016/j.molp.2019.12.010

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] CLAVATA 1/BARELY ANY MERISTEM 受容体キナーゼファミリーの根端メリステム形成における役割2021

    • Author(s)
      石田喬志, 澤進一郎
    • Organizer
      第62回日本植物生理学会年会
  • [Presentation] 花茎の整合性維持を担う転写因子群に関する形態学的およびトランスクリプトーム解析2021

    • Author(s)
      浅岡真理, 坂本真吾, 古賀皓之, 郡司玄, 光田展隆, 塚谷裕一, 澤進一郎, Olivier Hamant, Ali Ferjani
    • Organizer
      第62回日本植物生理学会年会
  • [Presentation] 根-土系の力学に基づく根の貫入基準式の提案2021

    • Author(s)
      友部遼, 津川暁,吉田祐樹, 有田哲矢, 久保稔, 出村拓, 澤進一郎
    • Organizer
      第62回日本植物生理学会年会
    • Invited
  • [Presentation] CLE-LRK シグナリングはシロイヌ ナズナにおいて側根形成を制御する2021

    • Author(s)
      中上知, 石田喬志, 澤進一郎
    • Organizer
      第62回日本植物生理学会年会
  • [Presentation] 組織・細胞レベルでの植物生理活性モニタリングデバイスの開発2021

    • Author(s)
      久保 稔, 春田 牧人, 澤 進一郎, 太田 淳, 出村 拓
    • Organizer
      第62回日本植物生理学会年会
  • [Presentation] Long-distance mobile peptides maintain root sucrose level and root growth2021

    • Author(s)
      岡本暁, 川崎梓, 牧野由美子, 石田喬志, 澤進一郎
    • Organizer
      第62回日本植物生理学会年会
  • [Presentation] Identification of Plant attractant of Plant parasitic nematodes, M. incognita.2020

    • Author(s)
      Sawa Shinichiro
    • Organizer
      第4回熊本大学-KAISTジョイントシンポジウム
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] マンサクに形成される2種の虫こぶの形成機構の解析2020

    • Author(s)
      小黒那智, 久保稔, 澤進一郎, 山尾僚, 池田紘士, 笹部美知子
    • Organizer
      東北植物学会第10回大会
  • [Presentation] ゼニゴケの推定RNAメチル化酵素の機能解析2020

    • Author(s)
      古水 千尋, 澤 進一郎
    • Organizer
      第9回植物RNA研究ネットワークシンポジウム
  • [Presentation] 根端分裂組織の活性制御においてCLV1/BAM受容体キナーゼ遺伝子群は互いに異なる役割を担う2020

    • Author(s)
      石田喬志, 澤進一郎
    • Organizer
      日本植物学会第84会大会
  • [Presentation] 植物感染性線虫, M. incognita の誘引物質の解析2020

    • Author(s)
      澤 進一郎
    • Organizer
      第43回日本分子生物学会年会
    • Invited
  • [Presentation] 植物感染性線虫の植物誘引物質の同定2020

    • Author(s)
      澤 進一郎
    • Organizer
      日本植物学会第84回大会シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] 植物感染性線虫の根こぶ形成におけるPUCHI遺伝子の機能解析2020

    • Author(s)
      鈴木 れいら, 相田光宏, 久保稔, 澤進一郎
    • Organizer
      日本遺伝学会第92回大会
  • [Presentation] サツマイモネコブセンチュウに対する誘引物質の探索2020

    • Author(s)
      豊田 秀斗, 澤進一郎
    • Organizer
      日本遺伝学会第92回大会
  • [Presentation] 植物の細胞壁プロテオグリカンの機能発現に関わる新奇因子の探索2020

    • Author(s)
      小竹 敬久, 澤進一郎
    • Organizer
      日本遺伝学会第92回大会

URL: 

Published: 2021-12-27  

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