2011 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Integrated analysis of strategies for plant survival and growth in response to global environmental changes |
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22119011
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
佐竹 暁子 北海道大学, 大学院・地球環境科学研究院, 准教授 (70506237)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
沖 大幹 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (50221148)
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| Keywords | 生態・環境 / 植物生理 / 植物分子生物 / 数理モデル / 地球環境変化 |
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| Research Abstract |
一般に、葉におけるデンプン量は明条件でほぼ線形に増加し、暗条件ではほぼ線形に減少する。このことによって、夜間にも安定したショ糖提供を可能にする。日長が短縮されると非常に短い期間で明条件におけるデンプン蓄積速度が増加し、暗条件ではデンプン分解速度の低下がみられ、その結果夜明け前においてもショ糖が枯渇することなく利用可能となる。このような日長変化に対するすばやい応答は、植物の成長を維持するために必須であると考えられるが、そのメカニズムは全くわかっていない。近年、デンプン合成や分解、そしてショ糖輸送体などが体内時計によって制御されていることが次々と明らかになってきた。そこで本研究では、これらの体内時計によるデンプン生合成と輸送体の制御を仮定し、ショ糖-デンプン生合成プロセスおよび異なる組織間のショ糖輸送をモデル化した。日長変化によるショ糖枯渇の程度によって体内リズムの位相が変化する場合、実際に観測されたデンプン蓄積速度と分解速度の変化を非常によく説明できることが明らかとなった。また、当モデルはなぜデンプン蓄積量の変化がほぼ線形になるのか、その仕組みも説明可能である。興味深いことに、ショ糖輸送体の活性ピークは常に日暮れにみられることが予測された。これらの結果は、現在論文としてとりまとめ発孝準備をしている段階である。統合水循環・水資源モデルの数値シミュレーション
に関しては、本研究で明らかになる植物個体の成長生存戦略の分子メカニズムの解明が実社会に及ぼす影響の評価として、水不足が健康余命に及ぼす影響を定量的に明らかにした。人間活動を考慮し、水源別の農業用水利用も推計可能な統合水循環・水資源モデルの数値シミュレーションから世界各国における農業用水投入量の年々変動と芋類+穀物の総収穫量の相関解析を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
篩部輸送モデルや水循環モデルはすでに開発していることと、ケイ素輸送モデルについては引き続き積極的に取り組んでいることから、おおむね順調に進展していると判断した。より詳細な篩部ネットワーク上における養分輸送パターンの予測と、ソースとシンクにおける資源の生産と消費のダイナミクスに関しては、現モデルの発展として研究をすすめている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、すでに開発されたショ糖輸送モデルを用いたより包括的な解析を進め、ショ糖枯渇ストレスと位相変化を結びつける関数としてどれが最も制度良くデータを説明できるかを探る。さらに、概日と計周期と昼夜周期の同調性と器官間の輸送パターンの関係を明らかにし、それが植物バイオマス成長に与える影響を見積もる。イネ穂ネットワークにおけるショ糖輸送モデルを開発し、高い生産性を実現するために必要な条件を明らかにする。
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[Journal Article] Multi-Model Estimate of the Terrestrial Global Water Balance : Setup and First Results2011
Author(s)
Haddeland, I., D.Clark, W.Franssen, F.Ludwig, F.Voss, N.W.Arnell, N.Bertrand, M.Best, S.Folwell, D.Gerten, S.Gomes, S.N.Gosling, S.Hagemann, N.Hanasaki, R.Harding, J.Heinke, P.Kabat, S.Koirala, T.Oki, J.Polcher, T.Stacke, P.Viterbo, G.P.Weedon, P.Yehm
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Journal Title
Journal of Hydrometeor
Volume: 12
Pages: 869-884
Peer Reviewed
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