重力情報の変換・出力機構を介した植物の力学的最適化戦略の統合的理解

• 研究領域: 植物の力学的最適化戦略に基づくサステナブル構造システムの基盤創成
• 研究課題/領域番号: 18H05488
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 複合領域
• 研究機関: 基礎生物学研究所
• 研究代表者: 森田 美代 基礎生物学研究所, 植物環境応答研究部門, 教授 (10314535)
• 研究分担者: 杉本 美海 (橋本美海) 名古屋大学, 生命農学研究科, 講師 (70437755)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 63,180千円 (直接経費: 48,600千円、間接経費: 14,580千円); 2022年度: 10,010千円 (直接経費: 7,700千円、間接経費: 2,310千円); 2021年度: 12,350千円 (直接経費: 9,500千円、間接経費: 2,850千円); 2020年度: 12,350千円 (直接経費: 9,500千円、間接経費: 2,850千円); 2019年度: 12,480千円 (直接経費: 9,600千円、間接経費: 2,880千円); 2018年度: 15,990千円 (直接経費: 12,300千円、間接経費: 3,690千円)
• キーワード: 重力屈性 / 重力応答 / シロイヌナズナ / 平衡石 / プラントアーキテクチャ / 重力シグナリング / GSA / 重力センシング / 屈性 / GSA制御

研究成果の概要

一般に、植物の主根は重力の方向に、主茎は重力とは逆の方向に鉛直線に沿って成長する。一方、側根や側枝は多くの場合、重力方向に対して一定の角度を保って成長する。このような植物器官が示す重力を指標とした成長方向の制御は、植物の根の張り方や枝振りなど全体の構造（アーキテクチャ）に大きく影響し、力学的に安定した最適化構造に貢献するとともに、地上及び地下部において資源取得を最適化する機構の一つと考えられている。本研究では、重力屈性における重力感知・情報伝達機構を明らかにした。また、側枝伸長角度制御に関わる遺伝子の機能解析を行い、プラントアーキテクチャの最適化に関連する仕組みの基盤情報を得た。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究成果の一つとして、シロイヌナズナ根の重力屈性の分子機構研究から、平衡石の位置情報をタンパク質の移動という形で細胞内情報に変換するという、新奇の重力感知機構モデルを提示した。当該論文は、様々な新聞・Webニュースサイトに取り上げられた（国内58件、海外14件）。純粋な基礎植物科学研究であったが、大きな社会的インパクトを与えた。さらに長期的には、重力屈性の仕組みを理解しその操作を可能にすることは、今後生活圏を月や火星へと広げることが必要となった際、地球とは異なる重力環境におけるテラフォーミングにも活用可能な極めて重要な基盤情報の提供につながる。