| 研究領域 | 細胞システムの自律周期とその変調が駆動する植物の発生 |
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| 研究課題/領域番号 |
22H04731
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
生物系
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| 研究機関 | 大阪公立大学 |
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研究代表者 |
福田 弘和 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (90405358)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円)
2023年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2022年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
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| キーワード | 概日時計 / 数理生物学 / 不安定性 / 植物工場 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
植物の「周囲に滞在する微弱な入力」や「作用にタイムラグがある入力」に対する概日時計の「応答性」を精密に計測することで、植物の環境応答と発生に関する時空間統合モデルの高度化を目指す。特に、一般性の高い数理モデルの構築を行う。
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| 研究実績の概要 |
農業において、概日時計の精密制御の重要性が増している。例えば、農薬利用において、その投与スケジュールを概日時計の応答にあわせて精密に管理することは環境低負荷・低コスト型農業を実現する上で重要である。しかしながら、化学物質に対する概日時計の応答については、未解明な点が多い。例えば、化学物質は投与後、浸透・拡散・輸送などの物理的プロセスを経た後に作用開始するため、「作用タイムラグ」がしばしば発生する。また、投与した物質が完全に除去されず、「微弱な滞在シグナル」となることがある。これらは、光や温度などの物理的な環境シグナルや生体内シグナル伝達においても、一般化して議論することが可能であるため、基礎生理学としても重要な課題である。そこで本研究では、高感度計測法である「概日時計サイレンシング法」を用いて、滞在性の微弱入力や作用タイムラグに対する概日時計の応答性を精密に計測し、解明することを目指した。
2023年度は、概日時計サイレンシング法のシミュレーション研究を行った。極高感度で位相応答を計測するために、計測ノイズを完全消去する手法（サイレンシング法）を確立させた。通常の方法では内部ノイズが10％程度残存するが、サイレンシング法により内部ノイズを1％以下にすることができる。原理は、細胞集団のネットワークに多数の位相特異点を発生させ、脱同期状態を実現するものである。このダイナミクスは、位相方程式や振幅方程式（Stuart-Landau方程式）で記述でき、精度の高い数値計算が可能であることを示した。実験により、極微弱な入力による概日時計の応答を計測することができた。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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