周囲環境応答としての植物成長特性の力学的最適化の柔軟性

• 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: 18H05490
• 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: 東京大学
• 研究代表者: 藤原 徹 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (80242163)
• 研究分担者: 三輪 京子 北海道大学, 地球環境科学研究院, 准教授 (50570587)
• 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: 87,100千円 (直接経費: 67,000千円、間接経費: 20,100千円); 2022年度: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円); 2021年度: 18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円); 2020年度: 18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円); 2019年度: 18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円); 2018年度: 15,600千円 (直接経費: 12,000千円、間接経費: 3,600千円)
• キーワード: 細胞壁 / 力学特性 / 栄養応答

研究成果の概要

植物の栄養条件などの環境条件に応じた成長の変化には植物の力学特性の変化が伴う。また植物に力学刺激を与えると成長が変化する。この関係について力学特性の測定法開発も含めた検討を行なった。植物の根の全体としての力学特性を測定する手法を開発し、栄養条件を変化させて育てた根の特性を測定したところ、根の伸長と力学特性に相関が見られた。また栄養屈性現象に関与する遺伝子や植物ホルモンを明らかにした。さらに植物に力学刺激を加えると、植物種や刺激の種類にもよるが、植物の成長を促進することが見出された。今回試した環境条件での成長変化と力学特性の間に相互関係が認められることが明らかになった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究においては、植物の根の力学特性の測定法を開発し、これまでに知られていなかった栄養条件と植物の成長、力学特性の関係を明らかにした。また細胞壁成分の変化と根の力学特性の変化の関係についても知見を得た。これらの成果はこれまでに知られていなかった関係を明らかにしたものであり、学術的意義は高いと考えている。また、植物に力学刺激を与えることによって生育が変化し、条件によっては生育を促進することができることが明らかとなり、この手法を応用して植物の生産性を高めることができる可能性が示されたことが社会的意義として価値のあるものと考えている。

研究成果

• [雑誌論文] Transcriptome Analysis of Rice Root Tips Reveals Auxin, Gibberellin and Ethylene Signaling Underlying Nutritropism (2024)
  • 著者名/発表者名: Yamazaki Kiyoshi、Ohmori Yoshihiro、Takahashi Hirokazu、Toyoda Atsushi、Sato Yutaka、Nakazono Mikio、Fujiwara Toru
  • 雑誌名: Plant And Cell Physiology 巻: 00 号: 4 ページ: 0-0
  • DOI: 10.1093/pcp/pcae003
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Boric acid intercepts 80S ribosome migration from AUG-stop by stabilizing eRF1 (2024)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Mayuki、Yokoyama Takeshi、Saito Hironori、Nishimoto Madoka、Tsuda Kengo、Sotta Naoyuki、Shigematsu Hideki、Shirouzu Mikako、Iwasaki Shintaro、Ito Takuhiro、Fujiwara Toru
  • 雑誌名: Nature Chemical Biology 巻: in press 号: 5 ページ: 0-0
  • DOI: 10.1038/s41589-023-01513-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Role of GSL8 in low calcium tolerance in <i>Arabidopsis thaliana</i> (2022)
  • 著者名/発表者名: Shikanai Yusuke、Asada Mayu、Sato Takafumi、Enomoto Yusuke、Yamagami Mutsumi、Yamaguchi Katsushi、Shigenobu Shuji、Kamiya Takehiro、Fujiwara Toru
  • 雑誌名: Ｐｌａｎｔ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 巻: 39 号: 3 ページ: 221-227
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.22.0421a
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • 年月日: 2022-09-25
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Involvement of NGATHA-Like 1 Transcription Factor in Boron Transport under Low and High Boron Conditions (2022)
  • 著者名/発表者名: Tsednee,M., Tanaka, M., Fh Giehl, R., von Wirテゥn, N. and Fujiwara, T.
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 63(9) 号: 9 ページ: 1242-1252
  • DOI: 10.1093/pcp/pcac099
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Arabidopsis Glucan Synthase-Like1 (GSL1) Is Required for Tolerance to Low-Calcium Conditions and Exhibits a Function Comparable to GSL10 (2022)
  • 著者名/発表者名: Shikanai, Y., Takahashi, S., Enomoto, Y., Yamagami, M., Yamaguchi, K., Shigenobu, S., Kamiya, T. and Fujiwara, T.
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 63(10) 号: 10 ページ: 1474-1484
  • DOI: 10.1093/pcp/pcac106
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] OsVIT2 mutation increases Fe and Zn of grain without compromising the growth in a paddy field (2022)
  • 著者名/発表者名: Kandwal, P., Fujiwara, T. and Kamiya, T.
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 13 ページ: 868611-868611
  • DOI: 10.3389/fpls.2022.868661
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Golgi-localized AtTMN1/EMP12 functions in the deposition of rhamnogalacturonan II and I for cell growth in Arabidopsis (2021)
  • 著者名/発表者名: Hiroguchi, A., Sakamoto, S., Mitsuda, N., Miwa, K.
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 巻: 72(10) 号: 10 ページ: 3611-3629
  • DOI: 10.1093/jxb/erab065
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Global analysis of boron‐induced ribosome stalling reveals its effects on translation termination and unique regulation by AUG‐stops in Arabidopsis shoots (2021)
  • 著者名/発表者名: Sotta Naoyuki、Chiba Yukako、Miwa Kyoko、Takamatsu Seidai、Tanaka Mayuki、Yamashita Yui、Naito Satoshi、Fujiwara Toru
  • 雑誌名: The Plant Journal 巻: － 号: 5 ページ: 1455-1467
  • DOI: 10.1111/tpj.15248
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Growth and Nitrate Reductase Activity Are Impaired in Rice Osnlp4 Mutants Supplied with Nitrate (2021)
  • 著者名/発表者名: Wang Mengyao、Hasegawa Takahiro、Beier Marcel、Hayashi Makoto、Ohmori Yoshihiro、Yano Kenji、Teramoto Shota、Kamiya Takehiro、Fujiwara Toru
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: - 号: 7 ページ: 1156-1167
  • DOI: 10.1093/pcp/pcab035
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Root shape adaptation to mechanical stress derived from unidirectional vibrations in <i>Populus nigra</i> (2020)
  • 著者名/発表者名: Beier Marcel Pascal、Tsugawa Satoru、Demura Taku、Fujiwara Toru
  • 雑誌名: Ｐｌａｎｔ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 巻: 37 号: 4 ページ: 423-428
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.20.0813a
  • NAID: 130007960242
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • 年月日: 2020-12-25
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] An SMU Splicing Factor Complex Within Nuclear Speckles Contributes to Magnesium Homeostasis in Arabidopsis (2020)
  • 著者名/発表者名: Feng Zhihang、Nagao Hiroshi、Li Baohai、Sotta Naoyuki、Shikanai Yusuke、Yamaguchi Katsushi、Shigenobu Shuji、Kamiya Takehiro、Fujiwara Toru
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 184 号: 1 ページ: 428-442
  • DOI: 10.1104/pp.20.00109
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A positive tropism of rice roots toward a nutrient source (2020)
  • 著者名/発表者名: Kiyoshi Yamazaki, Yoshihiro Ohmori, Toru Fujiwara.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 61 号: 3 ページ: 546-553
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz218
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Callose Synthesis Suppresses Cell Death Induced by Low-Calcium Conditions in Leaves (2020)
  • 著者名/発表者名: Shikanai Yusuke、Yoshida Ryosuke、Hirano Tomoko、Enomoto Yusuke、Li Baohai、Asada Mayu、Yamagami Mutsumi、Yamaguchi Katsushi、Shigenobu Shuji、Tabata Ryo、Sawa Shinichiro、Okada Hiroki、Ohya Yoshikazu、Kamiya Takehiro、Fujiwara Toru
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 182 号: 4 ページ: 2199-2212
  • DOI: 10.1104/pp.19.00784
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of salt tolerance on biomass production in a large population of sorghum accessions (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamazaki Kiyoshi、Ishimori Motoyuki、Kajiya-Kanegae Hiromi、Takanashi Hideki、Fujimoto Masaru、Yoneda Jun-ichi、Yano Kentaro、Koshiba Taichi、Tanaka Ryokei、Iwata Hiroyoshi、Tokunaga Tsuyoshi、Tsutsumi Nobuhiro、Fujiwara Toru
  • 雑誌名: Ｂｒｅｅｄｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ 巻: 70 号: 2 ページ: 167-175
  • DOI: 10.1270/jsbbs.19009
  • NAID: 130007833812
  • ISSN: 1344-7610, 1347-3735
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] SQUAMOSA promoter-binding protein-like 7 mediates copper deficiency response in the presence of high nitrogen in Arabidopsis thaliana (2019)
  • 著者名/発表者名: Melanie Mermod, Mari Takusagawa, Teruyuki Kurata, Takehiro Kamiya, Toru Fujiwara, Toshiharu Shikanai.
  • 雑誌名: Plant Cell Reports 巻: 38 号: 7 ページ: 835-846
  • DOI: 10.1007/s00299-019-02422-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A simple and high-throughput method for xylem sap collection (2019)
  • 著者名/発表者名: Kan Manman、Yamazaki Kiyoshi、Fujiwara Toru、Kamiya Takehiro
  • 雑誌名: BioTechniques 巻: 67 号: 5 ページ: 242-245
  • DOI: 10.2144/btn-2019-0046
  • 査読あり
• [雑誌論文] Local boron concentrations in tuberous roots of Japanese radish (Raphanus sativus L.) negatively correlate with distribution of brown heart (2018)
  • 著者名/発表者名: Sotta, N., Bian, B., Peng, D., Hongkham, P., Kamiya, T., Niikura, S. and Fujiwara, T.
  • 雑誌名: Plant Physiology and Biochemistry 巻: 136 ページ: 58-66
  • DOI: 10.1016/j.plaphy.2018.12.027
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A rice PHD-finger protein OsTITANIA, is a growth regulator that functions through elevating expression of transporter genes for multiple metals. (2018)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, N., Uraguchi, S., Kajikawa, M., Saito, A., Ohmori, Y., Fujiwara, T.
  • 雑誌名: Plant Journal 巻: 96 号: 5 ページ: 997-1006
  • DOI: 10.1111/tpj.14085
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exposure to heavy metal stress triggers changes in plasmodesmatal permeability via deposition and breakdown of callose (2018)
  • 著者名/発表者名: O'Lexy, R., Kasai, K., Clark, N., Fujiwara, T., Sozzani, R. and Gallagher, K.
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 巻: 69(15) 号: 15 ページ: 3715-3728
  • DOI: 10.1093/jxb/ery171
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Establishment of genetically encoded biosensors for cytosolic boric acid in plant cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Fukuda, M., Wakuta, S., Kamiyo, J., Fujiwara T. and Takano, J.
  • 雑誌名: The Plant Journal 巻: 95(5) 号: 5 ページ: 763-774
  • DOI: 10.1111/tpj.13985
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Boron-Dependent Translational Suppression of the Borate Exporter BOR1 Contributes to the Avoidance of Boron Toxicity (2018)
  • 著者名/発表者名: Aibara, I., Hirai, T., Kasai, K., Takano, J., Onouchi, H., Naito, S., Fujiwara, T. and Miwa, K.
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 177 号: 2 ページ: 759-774
  • DOI: 10.1104/pp.18.00119
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Strigolactone Biosynthesis Genes of Rice are Required for the Punctual Entry of Arbuscular Mycorrhizal Fungi into the Roots (2018)
  • 著者名/発表者名: Kobae Yoshihiro、Kameoka Hiromu、Sugimura Yusaku、Saito Katsuharu、Ohtomo Ryo、Fujiwara Toru、Kyozuka Junko
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 59 号: 3 ページ: 544-553
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Screening Arabidopsis thaliana mutants for low sensitivity to manganese identifies novel alleles of NRAMP1 and PGSIP6 (2018)
  • 著者名/発表者名: Bian Bian、Kageshima Sae、Yano Kenji、Fujiwara Toru、Kamiya Takehiro
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 巻: 69 号: 7 ページ: 1795-1803
  • DOI: 10.1093/jxb/ery018
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Proteasomal degradation of BRAHMA promotes Boron tolerance in Arabidopsis. (2018)
  • 著者名/発表者名: Sakamoto, T., Tsujimoto-Inui, Y., Sotta, N., Hirakawa, T., Matsunaga, T. M., Fukao, Y., Matsunaga, S., and Fujiwara, T.
  • 雑誌名: Nature Commun. 巻: 9 号: 1 ページ: 5285-5285
  • DOI: 10.1038/s41467-018-07393-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Study on the Arabidopsis shoot growth improvement under 2-D clinostat (2023)
  • 著者名/発表者名: Yunshu Wang, Marcel Pascal Beier, Yoshihiro Ohmori, Motoyuki Ishimori, and Toru Fujiwara
  • 学会等名: 第65回日本植物生理学会年会
• [学会発表] SEN1 is responsible for molybdate transport into nodule symbiosomes for nitrogen fixation in Lotus japonicus (2023)
  • 著者名/発表者名: Qingnan Chu, Tsuneo Hakoyama , Makoto Hayashi, Kiminori Toyooka, Mayuko Sato, Takehiro Kamiya, Toru Fujiwara
  • 学会等名: 第64回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Possible involvement of Arabidopsis WAK (wall-associated kinase) in low-calcium response (2022)
  • 著者名/発表者名: Shuichi Hashimoto, Yusuke Shikanai, Takehiro Kamiya, Toru Fujiwara
  • 学会等名: 第63回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Mechanical stimulation via one-axis clinostat enhances Arabidopsis thaliana shoot growth (2022)
  • 著者名/発表者名: Yunshu Wang,Marcel Pascal Beier, Toru Fujiwara
  • 学会等名: 第63回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Sucrose induced net deformation of Arabidopsis roots (2021)
  • 著者名/発表者名: Beier Marcel Pascal
  • 学会等名: The 7th International Conference on Plant Cell Wall Biology
• [学会発表] イネ根の栄養屈性を制御する ENR1の機能解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山崎清志・藤原 徹
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2021年度北海道大会
• [学会発表] サリチル酸の合成と応答は、低カルシウム条件でのシロイヌナズナの生育を抑制する (2021)
  • 著者名/発表者名: 橋本秀一・鹿内勇佑・神谷岳洋・藤原徹
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2021年度北海道大会
• [学会発表] Mechanical properties of Arabidopsis thaliana roots under boron or sucrose supply (2021)
  • 著者名/発表者名: Marcel Pascal Beier・王韵書・林駿平・三輪京子・肥田博隆・藤原徹
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2021年度北海道大会
• [学会発表] マイクロピラーを用いたシロイヌナズナの根の力学特性推定法の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 藤原徹、山崎清志、マルセルバイヤー、肥田博隆
  • 学会等名: 2020年度日本建築学会大会（関東）
• [学会発表] 2 次元におけるイネ根の栄養屈性挙動の観察と生長シミュレーション (2020)
  • 著者名/発表者名: 中楚洋介・川口健一・藤原徹・山﨑清志・Marcel BEIER
  • 学会等名: 2020年度日本建築学会大会（関東）
• [学会発表] Arabidopsis root adaption to sucrose (2020)
  • 著者名/発表者名: Marcel Pascal Beier・林 駿平・三輪京子・肥田博隆・藤原 徹
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2020年度岡山大会
• [学会発表] シロイヌナズナの低カルシウム感受性変異株の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 鹿内勇佑
  • 学会等名: 第11回低温科学研究センター研究交流会
• [学会発表] The influence of sucrose on Arabidopsis root diameter and mechanics (2020)
  • 著者名/発表者名: Marcel Pascal Beier, Shumpei Hayashi, Kyoko Miwa, Hirotaka Hida, Toru Fujiwara
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] ロイヌナズナの低カルシウム応答における活性酸素種とカロースの関係の分析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 鹿内勇佑、神谷岳洋、藤原徹
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Global analysis of nutrient-dependent translational regulation (2020)
  • 著者名/発表者名: Naoyuki Sotta, Yukako Chiba, Hirofumi Fukuda, Kyoko Miwa, Seidai Takamatsu, Mayuki Tanaka,Yui Yamashita, Masami Yokota-Hirai, Satoshi Naito, Toru Fujiwara
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Requirement of callose synthesized by GSLs for low-Ca tolerance in Arabidopsis thaliana (2019)
  • 著者名/発表者名: Toru Fujiwara
  • 学会等名: XV Cell Wall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] The high-affinity potassium transporter AtHAK5 undergoes degradation upon high K+ supply. (2019)
  • 著者名/発表者名: Beier Marcel Pascal
  • 学会等名: 第8回エンドメンブレンミーティング
• [学会発表] Genome-wide analysis of nitrogen-dependent translational regulation in sorghum (2019)
  • 著者名/発表者名: 福田寛史
  • 学会等名: EMBO Workshop "Protein Synthesis and Translational Control"
  • 国際学会
• [学会発表] Plant growth regulation and mechanics 植物の成長と力学 (2019)
  • 著者名/発表者名: Marcel Beier
  • 学会等名: 2019ホウ素栄養研究会
• [学会発表] APY7欠損によるホウ素欠乏時の根の伸長促進 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山本 怜見
  • 学会等名: 2019ホウ素栄養研究会
• [学会発表] Plant growth regulation and mechanics (2019)
  • 著者名/発表者名: Beier, Marcel Pascal
  • 学会等名: 植物構造オプト若手の会
• [学会発表] イネ栄養屈性変異体のスクリーニングと温度に対する栄養屈性の変化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 名倉 涼平
  • 学会等名: 植物構造オプト若手の会
• [学会発表] 低ホウ素条件で主根が伸長するシロイヌナズナ変異株の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山本怜見
  • 学会等名: 植物構造オプト若手の会
• [学会発表] シロイヌナズナの低カルシウム耐性におけるカロースの役割の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 鹿内勇佑
  • 学会等名: 植物構造オプト若手の会
• [学会発表] シロイヌナズナにおける低カルシウム感受性と病害応答との関係 (2019)
  • 著者名/発表者名: 橋本秀一
  • 学会等名: 植物構造オプト若手の会
• [学会発表] Mineral nutrient-dependent translational regulation in Arabidopsis thaliana (2019)
  • 著者名/発表者名: Toru Fujiwara, Mayuki Tanaka, Izumi Aibara, Naoyuki Sotta, Yui Yamashita, Seidai Takamatsu, Yukako Chiba, Kyoko Miwa, Satoshi Naito
  • 学会等名: RNA 2019, 24th Annual Meeting of the RNA Socienty
  • 国際学会
• [学会発表] シロイヌナズナにおけるイソコリスミ酸合成酵素遺伝子変異株の低Ca感受性の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 橋本秀一
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2019年度静岡大会
• [学会発表] 低ホウ素条件で主根が伸長するシロイヌナズナ変異株の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山本怜見
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2019年度静岡大会
• [学会発表] 栄養屈性変異体のスクリーニングと温度に対する栄養屈性の変化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 名倉 涼平
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2019年度静岡大会
• [学会発表] シロイヌナズナのカロース合成酵素遺伝子の低Ca耐性における作用部位と作用様式の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鹿内勇佑、山上睦、重信秀治、山口勝司、神谷岳洋、藤原徹
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2018年度神奈川大会
• [学会発表] ホウ素輸送体NIP5;1における、mRNA分解を介した転写制御機構の可能性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田中真幸
  • 学会等名: 植物の栄養研究会第4回研究交流会