2020 Fiscal Year Annual Research Report
Observation and formulation of the coordination processes of circadian rhythms in plants
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17KT0022
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
小山 時隆 京都大学, 理学研究科, 准教授 (30324396)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
市川 正敏 京都大学, 理学研究科, 講師 (40403919)
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| Project Period (FY) |
2017-07-18 – 2021-03-31
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| Keywords | 概日リズム / 生物発光 / 植物発生 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は、植物の成長・発生過程における自律的な時間秩序の形成原理を細胞・組織・個体レベルという各階層において明らかにし、それらをつなぎ合わせる理論の構築を目指した。一年延長した2020年度は、概日発光レポーターをもつ形質転換ウキクサの発光時系列の時空間的解析を通して、個体（フロンドを単位とする）の形成時における親子（姉妹）の概日時計位相および同期度の関係性とフロンド成長後のフロンド内の動的な位相パターン形成、フロンドの齢（エイジ）に伴う同期性の低下などを明らかにした。さらに、理論的にフロンド内の位相パターンは細胞概日リズムの振幅情報を取り入れた近接細胞間の位相カップリングで説明できる点を明らかにした。ウキクサ植物から得られたこれらの解析結果にもとづき、植物体の自律的な時間秩序形成は（個体・器官原基形成時の）同期の初期状態を出発点にして、発生・成長のそれぞれの段階で細胞時計間カップリングの程度（および細胞時計周期等のバラツキ度合い）が変化することで、その概観が決まることを提案した。さらに、ウキクサ植物において、自身の細胞時計と非連結性の細胞概日リズムを発見し、そのリズムは細胞時計の直接的な出力を反映しておらず、周辺の細胞概日リズムを反映したものである可能性を示した。その成果は、異なる発光波長をもつ２つの概日レポーターを共導入し、それぞれの発光時系列を分離・解析することで得られ、同一細胞内で細胞時計と異なる挙動を示す概日リズムを世界で初めて明確に示す例となった。また、その挙動が局所的な同期状態と関連していることから、細胞時計の自律的な細胞間位相調整の仕組みの解明につながる成果となった。
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