2022 Fiscal Year Final Research Report

Imaging analysis on cell geometry during mechanical optimization in leaves

Planned Research

PDF

Project Area	Elucidation of the strategies of mechanical optimization in plants toward the establishment of the bases for sustainable structure system
Project/Area Number	18H05492
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	Kumamoto University
Principal Investigator	Higaki Takumi 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 教授 (90578486)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	加藤壮英奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (70379535) 國田樹琉球大学, 工学部, 准教授 (20645478)
Project Period (FY)	2018-06-29 – 2023-03-31
Keywords	ジョイント構造 / 継手 / 画像解析 / 葉表皮細胞 / バイオイメージング
Outline of Final Research Achievements	In this study, we investigated the structural significance of the jigsaw puzzle-like morphogenesis of leaf epidermal cells, and explored the potential application of the cell biological structure to artificial structures. Our analysis indicated that the jigsaw puzzle-like cell shape moderates local growth throughout the organ, which may affect the formation of the round fan-shaped morphology of the cotyledons. Furthermore, we found that the cell wall waving pattern observed in pavement cells could be applied to the structure of joints. We also developed an experimental system to non-destructively reconstruct the three-dimensional morphology of above-ground parts such as flower stems and lateral branches of Arabidopsis thaliana, and to measure the angular and curvature distribution of lateral branches. Using this system, we analyzed temporal changes in lateral branch morphology of myosin XI mutants, suggesting that myosin X contributes to the upward growth of lateral branches.
Free Research Field	植物細胞生物学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	本研究では、葉の細胞がなぜジグソーパズルのような形に変形するのか、その理由を探求した。研究の結果、この細胞の形が葉の形状を保つのに役立つ場合があることがわかった。この研究成果は、自然のデザインがどのように機能するかを理解する助けとなり、その知識を建築などの人工構造に応用する可能性が開かれた。また、私たちは草姿を立体的に再構成し、その成長を追跡する方法を開発した。これにより、特定の遺伝子が植物の成長にどのように影響を与えるかを理解することが可能になった。以上の成果は、自然のデザイン原理を理解し、それを実生活に適用することで、持続可能な社会を構築する手がかりを提供するものである。