| Project/Area Number |
21K15115
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 44030:Plant molecular biology and physiology-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | 虫こぶ / 寄生植物 / 生物間相互作用 / 形態可塑性 |
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| Outline of Research at the Start |
「虫こぶ」とは、昆虫による摂食や産卵の影響で宿主植物の細胞や組織が過増殖や過成長し て生じる、病理学的に異常な組織である。寄生昆虫が異なれば同一宿主植物上でも異なった形態の虫こぶが形成されることから、昆虫種により異なる虫こぶ誘導因子が存在し、また宿主植物側の応答も誘導因子によって異なると考えられる。通常の生育条件ではみられない 異形な植物組織「虫こぶ」が誘導される分子機構を明らかにすることは、植物が潜在的にもつ形態形成の分子機構の理解を促し、将来的には人工的な植物形態の操作につながる。本研究では虫こぶ誘導因子を同定し、 宿主植物の受容体を同定することを目的とする。
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| Outline of Final Research Achievements |
“Galls” are abnormal plant structures formed in response to insect stimuli, and although they serve as valuable models for understanding plant morphogenesis, previous studies have largely been limited to ecological and histological approaches due to difficulties in cultivation and limited genome information. To address this, the present study aimed to elucidate the molecular mechanisms underlying gall formation using a laboratory-maintained system involving the herbaceous parasitic plant, Cuscuta campestris, and the weevil, Smicronyx madaranus. Histological analyses revealed that active cell division occurs in the early stages of gall development, followed by cell enlargement in later stages. Transcriptome analyses further showed increased expression of genes involved in floral organ development and photosynthesis. This study provides new insights into the plasticity of plant morphology and the mechanisms by which it can be manipulated.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
虫こぶに関する分子遺伝学的な研究は研究室内での飼育が困難であることから断片的なものであったが、本研究では累代飼育系を活用することにより、虫こぶの初期発生から後期発達に至るまでの全ての段階における遺伝子および細胞レベルの変化を記載することに成功した。特に、植物の花成経路における遺伝子発現が時系列的に逆転していること、および寄生植物であるアメリカネナシカズラにおいて光合成能力が活性化するという興味深い発見から、昆虫によって植物の生理学的特徴が操作されている可能性を示した。本研究成果は、植物形態の柔軟性とその操作機構の理解に新たな知見をもたらす。
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